KR101836375B1 - 입상체를 포함하는 액상체의 토출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액추에이터(6)에 의해 캐비티(14)의 내압을 변동시키며, 캐비티(14)에 연통된 노즐 개구(11)로부터 액상체(50)를 토출하는 토출 헤드(10)를 가지는 토출 장치(1)이다. 토출 헤드(10)는, 캐비티(14) 및 노즐 개구(11)의 사이에 설치된 검출부(12)를 포함하고, 더욱이 토출 헤드(10)의 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 개수 및/또는 형태를 검출하는 검출장치(7)와, 검출장치(7)의 검출 결과(7a)에 의해 액추에이터(6)를 구동하여 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 상태를 변화시키는 제어장치(74)를 가진다.

Description

입상체를 포함하는 액상체의 토출장치{DISCHARGE DEVICE FOR LIQUID MATERIAL CONTAINING PARTICLES}
본 발명은, 입상체(粒狀體)를 포함하는 액상체(液狀體)를 토출하는 장치 및 토출하는 방법에 관한 것이다.
일본국 특허공개공보 2005-238787호(문헌 1)에는, 잉크젯 헤드의 노즐로부터 토출되는 잉크 방울의 토출량을 측정하기 위한 잉크 토출량 측정 방법으로서, 잉크 방울형상 평가용 지그 상에 노즐로부터 잉크 방울을 토출하는 공정과, 잉크 방울 형상 평가용 지그 상에 토출된 잉크 방울의 지름을 측정하는 공정과, 미리 구해진 잉크 방울의 지름과 잉크 토출량간의 상관(相關) 특성에 근거하여, 측정된 잉크 방울의 지름으로부터 잉크 토출량을 산출하는 공정에 의해, 잉크 토출량을 구하는 것이 기재되어 있다.
일본국 특허공개공보 2005-238787호
인쇄 장치로서 개발된 잉크젯 기술을 이용하여, 인쇄용지 및 그것을 대신하는 것에 잉크 및 그 이외의 것을 토출하는 것이 검토되어 있다. 토출의 대상이 되는 물질은, 단순한 액상체(액체, 용액 등의 유동성이 있는 물체를 포함함)에 한하지 않고, 입상체(입자, 미립자), 예컨대, 세포나 유전자 등의 생물(생체)재료, 금속 혹은 산화물 등의 고형물을 포함하는 액상체(혼합체)가 검토되어 있다. 세포 등의 입상체를 토출하는 용도에서는, 잉크젯 헤드의 노즐로부터 마이크로 플레이트 등의 타겟을 향해서, 소정의 조건에서 양호한 정밀도로 토출하는 것이 요구된다.
본 발명의 일 양태는, 액추에이터에 의해 캐비티의 내압을 변동시켜, 캐비티에 연통된 노즐 개구로부터 액상체를 토출하는 토출 헤드를 가지는 토출장치이다. 토출 헤드는, 캐비티 및 노즐 개구의 사이에 설치된 검출부를 포함하고, 또한, 토출 헤드의 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 개수 및/또는 형태를 검출하는 검출장치와, 검출장치의 검출 결과에 따라서 액추에이터를 구동해서 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시키는 제어장치를 가진다.
이 토출 장치에서는, 검출부를 통하여, 토출 직전의 액상체에 포함되는 입상체, 예컨대 세포 등의 개수 및/또는 형태를 포함하는 검출 결과를 취득할 수 있다. 이 때문에, 상기 토출장치에 있어서는, 토출되기 직전의 액상체, 특히, 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 확인할 수 있다.
더욱이, 상기 토출장치는, 액추에이터를 구동함으로써 캐비티의 내압을 변동시킬 수 있어, 캐비티에 연결되는 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시킬 수 있다. 따라서, 제어장치는, 검출 결과가 토출하는 소정의 조건의 범위에 들어갈 때까지 몇 번이라도 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시킬 수 있다. 이 때문에, 본 토출장치는, 타겟에 토출되는 액상체에 포함되는 입상체의 개수 및/또는 형태를 양호한 정밀도로 제어할 수 있다.
검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시키는 전형적인 방법(수단)은 액상체를 토출하는 것이다. 따라서, 제어장치는, 검출 결과에 의해 액상체의 토출처를 변경하는 기능(토출처 선택기능 유닛)을 포함하는 것이 바람직하다. 토출장치가, 토출조건이 다른 복수의 타겟에 대하여 토출할 경우에는, 검출 결과가 소정의 조건에 합치된 타겟에 액상체를 토출함으로써, 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시킬 수 있다. 또한, 액상체의 토출처를 변경하고, 타겟과는 다른 장소에 액상체를 폐기함으로써, 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시킬 수 있다.
액추에이터를 구동하여, 액상체를 노즐 개구으로부터 토출시키지 않고 검출부의 액상체를 교반(攪拌)함으로써 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시키는 것도 가능하다. 따라서, 제어장치는, 검출 결과에 따라서 액상체를 노즐 개구로부터 토출시키지 않고 검출부의 액상체를 교반하는 기능(교반기능 유닛)을 포함하는 것도 유효하다. 이것에 의해, 액상체 및 입상체의 소비를 억제할 수 있다.
본 토출장치에 있어서, 토출 헤드의 검출부는, 토출 헤드의 캐비티로부터 노즐 개구에 이르는 유로의 단면이 제 1의 방향으로 연장된 편평한 원(扁圓)형상의 편평(扁平)부로서, 복수의 입상체를 제 1의 방향으로 분산시키는 편평부를 포함하는 것이 바람직하다. 토출 헤드의 노즐 개구가 제 1의 방향으로 편평하게 성형되어 있어도 좋다.
이 검출부는, 내부에 편평 형상의 공간을 가지므로, 액상체에 포함되는 입상체를 제 1의 방향으로 분산시킴으로써, 입상체의 개수나, 크기(지름), 형상 및 색 등의 형태를 판단하여, 검출 결과를 얻기 쉽다. 이 때문에, 상기 토출장치에 있어서는, 액상체에 포함되는 입상체가 비교적 입자직경이 작은 입상체이더라도, 토출 전의 액상체에 포함되는 입상체의 형태(종류)를 양호한 정밀도로 확인하기 쉽다. 따라서, 본 토출장치는, 타겟을 향해서, 소망하는 조건으로 한층 양호한 정밀도에 의해, 또한 확실하게 입상체를 토출할 수 있다.
상기 토출장치에 있어서, 토출 헤드의 검출부는 투광성(透光性)이며, 검출장치는, 광을 통하여 복수의 입상체를 화상 인식하는 촬상부를 포함하는 것이 바람직하다. 이 토출장치에 있어서는, 가시광을 이용하여 액상체에 포함되는 입상체를 관찰할 수 있다. 촬상부는, 전형적으로는, ＣＣＤ, ＣＭＯＳ 등의 촬상 소자와 광학 렌즈를 구비한 카메라이며, 촬상부에서 얻어진 화상을 프로세서에 의해 화상 처리함으로써 세포 등의 미소한 입자라도 용이하게 판별할 수 있다. 특히, 촬상부는, 병렬 처리 기구를 구비한 화상 처리 장치를 이용함으로써 고속으로 검출부에 존재하는 미소한 입자를 검출할 수 있다. 또한, 세포 등의 생체재료에 있어서는, 형광발색(發色)하는 물질을 함유시키는 것이 가능하기 때문에, 그 경우에는 형광을 검지할 수 있는 가시광 이외의 광, 예컨대 블랙 라이트를 조사하여, 이것을 검출할 수 있는 카메라로 관찰해도 좋다.
이 토출장치에 있어서, 검출부는, 노즐 개구에 연결되는 제 1의 영역과, 제 1의 영역에 이어지는 제 2의 영역을 포함하고, 검출장치는, 검출부의 제 1의 영역의 개수 및/또는 형태 및 제 2의 영역의 개수 및/또는 형태를 각각 취득하는 것이 바람직하다. 더욱이, 제어장치는, 제 1의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위외일 때, 또는 제 2의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위 외일 때에 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시키는 것이 바람직하다. 상기 토출장치는, 제 1의 영역의 검출 결과 및 제 2의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위에 들어갈 때에만 액상체를 타겟에 토출할 수 있다. 이 때문에, 타겟에 주입되는 입상체의 개수 및/또는 형태의 정밀도를 더욱 향상할 수 있다.
상기 토출장치에 있어서, 액추에이터는 피에조 소자이며, 제어장치는, 액상체를 토출할 때에 피에조 소자에 밀어내는 방식(push hit system)의 구동펄스를 공급하는 기구를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태의 하나는, 액추에이터에 의해 캐비티의 내압을 변동시켜, 캐비티에 연통된 노즐 개구로부터 액상체를 토출하는 토출 헤드로서, 캐비티 및 노즐 개구의 사이에서, 노즐 개구로부터 토출되는 액상체에 포함되는 복수의 입상체가 분산되는 검출부를 가지는 토출 헤드이다. 이 토출 헤드의 검출부는, 토출 헤드의 캐비티로부터 노즐 개구에 이르는 유로의 단면이 제 1의 방향으로 연장된 편평한 원형상의 편평부로서, 복수의 입상체가 제 1의 방향으로 분산되는 편평부를 포함하는 것이 바람직하다. 이 토출 헤드의 노즐 개구는, 제 1의 방향으로 편평하게 성형되어 있는 것이 바람직하다.
이 토출 헤드에 있어서, 검출부는 투광성인 것이 바람직하다. 이 토출 헤드의 검출부는, 전형적으로는, 대향하여 배치된 평탄한 제 1의 측벽 및 제 2의 측벽을 포함한다. 검출부의 유로의 단면이 직사각형 또는 그것에 가까워지므로, 검출부의 전체에 걸쳐, 복수의 입상체가 제 1의 측벽 및 제 2의 측벽에 끼워진 방향으로 서로 겹치기 어려워져, 각각의 입자를 독립해서 검출할 수 있는 확률이 향상된다.
이 토출 헤드는, 액상체를 유지하며, 일부가, 외측에 부착되는 액추에이터에 의해 내압이 변동하는 캐비티가 되도록 성형된 관상부재로서, 일방의 단부에 노즐 개구가 설치된 관상(管狀)부재를 가지고, 관상부재의 캐비티 및 노즐 개구의 사이에 검출부가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 캐비티로부터 노즐 개구에 이르기까지 1개의 관상부재, 예컨대 유리관에 의해 심리스(seamless)로 형성할 수 있으므로, 기포 등에 의한 정체나 막힘이 발생하기 어려워, 다종다양한 입상체 및 액상체를 토출하는데 적합한 토출 헤드를 제공할 수 있다.
검출부는, 관상부재의 일부를, 외측으로부터 눌러 찌그러뜨려 성형함으로써 형성할 수 있다. 관상부재의 전형적인 것은, 투광성을 구비한 유리관, 수지관 및 세라믹스관의 어느 것이다.
본 발명의 또 다른 양태의 하나는, 토출장치에 의해 입상체를 포함하는 액상체를 타겟에 토출하는 방법이다. 토출장치는, 액추에이터에 의해 캐비티의 내압을 변동시켜, 캐비티에 연통된 노즐 개구로부터 액상체를 토출하는 토출 헤드와, 액추에이터를 제어하는 제어장치와, 캐비티와 노즐 개구의 사이에 설치된 검출부의 액상체에 포함되는 입상체를 검출하는 검출장치를 포함한다. 더욱이, 상기 방법은 이하의 스텝을 가진다.
1. 제어장치가, 검출장치에 의해 액상체에 포함되는 입상체의 개수 및/또는 형태를 포함하는 검출 결과를 취득하는 단계.
2. 검출 결과에 의해 액추에이터를 구동해서 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시키는 단계.
상태를 변화시키는 단계(스텝 2)는, 검출 결과에 따라서 액상체를 노즐 개구로부터 토출시키지 않고 검출부의 액상체를 교반하는 것을 포함한다. 상태를 변화시키는 단계는, 검출 결과에 따라서 액상체의 토출처를 변경하는 것을 포함한다. 토출처를 변경하는 것은, 액상체를 폐기하는 것을 포함하고 있어도 좋다.
또한, 검출 결과를 취득하는 단계(스텝 1)는, 검출부에 노즐 개구에 연결되는 제 1의 영역과 제 1의 영역에 이어지는 제 2의 영역을 설정하고, 제 1의 영역의 검출 결과 및 제 2의 영역의 검출 결과를 각각 취득하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 또, 상태를 변화시키는 단계(스텝 2)는, 제 1의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위 외일 때, 또는 제 2의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위 외일 때에 검출부의 액상체에 포함되는 입상체의 상태를 변화시키는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
도 1은, 본 발명의 토출장치의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 2는, 토출 헤드의 구성을 확대해서 나타내는 사시도.
도 3은, 토출 헤드의 길이 방향의 단면을 나타내는 단면도.
도 4는, 토출 헤드의 길이 방향의 다른 단면을 나타내는 단면도.
도 5는, 토출 헤드의 선단을 확대해서 나타내는 단면도.
도 6은, 토출 헤드의 선단의 부분을 나타내는 단면도.
도 7은, 토출 헤드의 편평 형상의 부분을 나타내는 단면도.
도 8은, 토출 헤드의 원통 형상의 부분을 나타내는 단면도.
도 9는, 토출 헤드의 편평 형상의 다른 부분을 나타내는 단면도.
도 10은, 토출 헤드의 축소부(絞部)를 나타내는 단면도.
도 11은, 토출 헤드의 다른 예를 나타내는 사시도.
도 12는, 토출 헤드의 또 다른 예를 나타내는 사시도.
도 13은, 본 발명의 토출 방법의 플로우 챠트를 나타내는 도면.
도 14는, 본 발명의 토출 방법의 플로우 챠트의 일예를 나타내는 도면.
도 15는, 토출 헤드의 편평 형상의 부분을 확대해서 나타내는 단면도로서, (a)~(c)는 교반 또는 폐기되는 상태를 모식적으로 나타낸 도면, (d)는 타겟에 토출되는 상태를 모식적으로 나타낸 도면.
도 16은, 토출 헤드의 또 다른 예를 나타내는 사시도.
도 17은, 토출 헤드의 또 다른 예를 나타내는 단면도.
도 18은, 도 17에 나타내는 토출 헤드의 편평 형상의 부분을 확대해서 나타내는 단면도.
도 1에, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 토출장치의 개략 구성을 나타내고 있다. 토출장치(1)는, 관상부재인 유리관(20)을 구비한 토출 헤드(노즐 헤드, 잉크젯 방식에 의해 구동되는 노즐 헤드)(10)와, 토출 헤드(10)로부터 토출하는 액상체(50), 예컨대 물 등의 캐리어를 저장한 용기(5)와, 토출 헤드(10)로부터 액적(液滴, 71)을 토출시키는 제 1의 액추에이터(6)와, 제 1의 액추에이터(6)를 구동하는 구동 유닛(장치)(2)과, 토출 헤드(10)로부터 토출되는 액적(71)의 직전 및 직후의 상태를 검출하는 검출 유닛(장치)(7)과, 토출 헤드(10)를 이동시키는 제 2의 액추에이터(79)와, 토출 헤드(10)가 액적(71)을 토출하는 복수의 타겟(81a, 81b 및 81c)을 지지하는 테이블(83)과, 테이블(83)을 이동시키는 제 3의 액추에이터(89)와, 이동용의 액추에이터(79 및 89)를 제어하는 제어 유닛(장치)(74)을 포함한다.
테이블(83)에는 토출 헤드(10)로부터 액적(71)을 폐기하기 위한 디스포저(disposer, 82)가 설치되어 있다. 이 토출장치(1)에 있어서는, 테이블(83)을 제 3의 액추에이터(89)에 의해 이동하거나, 토출 헤드(10)를 제 2의 액추에이터(79)에 의해 이동함으로써, 토출 헤드(10)로부터 액적(71)을 어느 타겟(81a~81c)에 주입(注入)하거나, 디스포저(82)에 폐기하거나 할 수 있다. 타겟(81a~81c)은, 액적(71)을 받는 것이면 되며, 예컨대, 샬레(Schale), 분석 플레이트, 시험관 등이다.
토출 헤드(10)는, 거의 직선적으로 연장된 유리관(관상부재)(20)을 가진다. 이 유리관(20)에 있어서는, 선단부분(21)이 편평(扁平) 형상(평평한 형상)의 노즐 개구(11)이고, 선단부분(21)으로부터 후퇴하며, 선단부분(21)에 연결되는(연통된) 부분(제 1의 편평부)(22)이 노즐 개구(11)를 포함하여 편평 형상의 검출부(12)이며, 또한 제 1의 편평(扁平)(偏平)부(22)로부터 후퇴하며, 제 1의 편평부(22)에 연결되는(연통된) 부분(제 2의 편평부)(24)이 편평 형상의 캐비티(압력실)(14)이다. 또, 유리관(20)의 말단(후단)(29)은 공급관(4)을 통하여 용기(5)에 접속되어 있다.
이들의 편평한 부분(21, 22 및 24)을 구비한 관상부재(20)는, 전체가 투광성이며, 1개의 유리관으로부터 적당한 방법, 예컨대, 몰드(型)를 이용하여 성형된다. 따라서, 토출 헤드(10)의 유리관(20)의 내부에는, 캐비티(14)로부터 검출부(12)를 경유하여 노즐 개구(11)에 이르는 심리스의 유로가 형성되어 있다.
이 토출 헤드(10)는, 유리관(20)의 캐비티(14)의 평탄한 벽(24a)의 외측의 면(외면)(24b)에 부착된 평판형상의 압전소자(피에조 소자, 액추에이터)(6)를 포함한다. 제어 유닛(74)은 구동 유닛(2)에 의해 압전소자(6)를 구동하고, 캐비티(14)의 내압을 변동시켜, 캐비티(14)에 연통된 노즐 개구(11)로부터 액상체(50)를 액적(71)으로서 토출한다. 또한, 제어 유닛(74)은, 압전소자(6)를 구동함으로써 노즐 개구(11)로부터 액상체(50)를 토출시키지 않을 정도의 압력을 발생시켜, 검출부(12)를 포함한 유리관(20) 내의 액상체(50)를 교반할 수 있다.
토출 헤드(10)의 유리관(20)은, 캐비티(14) 및 노즐 개구(11)의 사이에, 유로의 단면이 유리관(20)의 중심축(9z)에 대하여 직교하는 방향(제 1의 방향)(9x)으로 연장된 편평한 검출부(관찰실, 검출실)(12)를 포함한다. 편평한 내측단면(內斷面)을 포함하는 검출부(12)에 있어서는, 노즐 개구(11)로부터 토출되는 액상체(50)에 포함되는 복수의 입상체(입자)(51)가 제 1의 방향(9x)으로 분산되게 된다. 검출부(12)는 단면이 편평하고, 측벽(22a 및 22c)은 거의 평탄하며 검출부(12)의 내부를 촬상할 때에 광이 굴절하거나 전(全)반사되거나 하기 어려워, 검출부(12)의 내부를 관찰하기 쉽다. 또한, 검출부(12)의 내부가 보이기 어려워지는 부분도 쉽게 발생하지 않는다. 이 때문에, 검출부(12)의 투명하며 평평한 측벽(22a 및 22c)을 통하여 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)를 양호한 정밀도로 관찰할 수 있다.
검출부(12)에는, 노즐 개구(11)로부터 토출되기 직전의 액상체(50)가 유지되며, 토출 직전의 액상체(50)에 복수의 입상체(51)가 포함되어 있으면, 이들이 흐름과 직교하는 방향(9x)으로 분산되어, 높은 확률로 복수의 입상체(51)를 독립해서 검출(관찰)할 수 있다. 따라서, 이 토출장치(1)에 있어서는, 검출부(12)에 있어서, 토출 직전의 액상체(50)에 입상체(51)가 포함되어 있으면, 그 개수(수)뿐만 아니라, 이들의 입상체(51)의 특징(형태, 상태), 예컨대 지름(크기), 형상, 모양, 색 등의 정보를 취득할 수 있다. 이 때문에, 검출 유닛(7)은, 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 종류(타입, 종(種))를 특정하는 것도 가능하다. 따라서, 검출 유닛(7)은, 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 개수 및/또는 형태를 포함한 검출 결과(7a)를 출력할 수 있다.
이 토출장치(1)는, 검출부(12)의 검출 결과(계측결과)(7a)에 근거해서 피에조 소자(6)를 구동시켜, 액상체(50)가 토출되지 않는 범위에서 액상체(50)를 교반하는 진동을 부여하거나, 액상체(50)를 타겟(81a~81c) 및 디스포저(82)의 어느 것에 토출시키거나 함으로써, 검출부(12)의 상태를 변화시키며, 입상체(51)를 적절한 배치로 하여, 지정한 개수 및/또는 형태(형태에 의해 판별되는 종류의 입상체)의 입상체(51)만을 포함하는 액상체(50)를 소정의 타겟(81a~81c)에 토출시키는 것이 가능하게 된다.
이 토출장치(1)는, 제어 유닛(74)으로부터의 지시(신호)를 구동 유닛(구동장치)(2)이 수신하여, 드라이버(2)가 구동 펄스에 의해 액추에이터(6)를 구동한다. 제어 유닛(74)은, ＣＰＵ 및 메모리 등의 범용 컴퓨터로서의 하드웨어 자원을 구비한 장치이어도 좋고, ＬＳＩ 혹은 ＡＳＩＣ 등을 포함하는 토출장치(1)에 전용 하드웨어를 구비한 제어 유닛이어도 좋다. 제어 유닛(74)은, 퍼스널 컴퓨터 등의 호스트 장치와 통신하는 기능을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 제어 유닛(74)은 호스트 장치를 겸한 퍼스널 컴퓨터에 실장되어 있어도 좋고, 제어 유닛(74)으로서의 기능은 적당한 소프트웨어(프로그램, 프로그램 제품)에 의해 제공하는 것이 가능하다.
액추에이터인 피에조 소자(6)가 구동 펄스에 의해 신축 및/또는 변형되면, 유리관(20)에 설치된 캐비티(14)의 평탄한 벽(24a)이 변위되어, 캐비티(14)의 내용적(內容積)이 변동된다. 이 때문에, 캐비티(14)의 내압이 변화하여, 용기(5)로부터 공급된 액상체(50)가, 캐비티(14)를 통과해서 검출부(12)에 공급된다. 더욱이, 검출부(12)에 유지되어 있던 액상체(50)는 유리관(20)의 선단부분(21)에 설치된 노즐 개구(11)로부터 밀어내져, 액적(71)으로서 토출된다. 이때, 검출부(12)에 유지되어 있던 액상체(50)에 입상체(51)가 섞여 있으면, 노즐 개구(11)로부터 입상체(51)를 포함하는 액상체(50)가 토출된다.
제어 유닛(74)은, 헤드 컨트롤러(74a)를 포함하고, 헤드 컨트롤러(74a)는, 검출 유닛(7)의 검출 결과(7a)를 취득하는 기능(취득 유닛)(75)과, 검출 결과(7a)에 의해 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 상태를 변화시키는 기능(상태 변경 유닛)(76)을 포함한다. 상태 변경 유닛(76)은, 검출 유닛(7)의 검출 결과(7a)에 의해, 토출 직전의 액상체(50)에 포함되어 있는 입상체(51)의 개수 및/또는 형태 등이 소정의 조건을 만족하면, 액상체(50)를 소정의 타겟(81a~81c)의 어느 것으로 토출하도록 피에조 소자(6), 및 액추에이터(79 및/또는 89)를 제어하는 토출처 변경 기능(토출처 변경 유닛)(78)을 포함한다. 토출처 변경 유닛(78)은, 액상체(50)를 디스포저(82)에 폐기하여 검출부(12)의 상태를 변화시키도록 피에조 소자(6), 및 액추에이터(79 및/또는 89)를 제어하는 폐기 기능(폐기 유닛)(78a)을 포함한다. 또한, 상태 변경 유닛(76)은, 검출 유닛(7)의 검출 결과(7a)에 의해, 토출 직전의 액상체(50)에 포함되어 있는 입상체(51)의 개수 등이 소정의 조건을 만족하지 않으면, 액상체(50)가 토출되지 않을 정도로 피에조 소자(6)를 구동해서 검출부(12)의 액상체(50) 중의 입상체(51)의 상태를 변화시키는 기능(교반 유닛)(77)을 포함한다.
이와 같이, 토출장치(1)는, 잉크젯 방식의 토출 헤드(10)에 의해, 다양한 입상체(51)를 포함하는 액상체(50)를 타겟(81)에 토출하거나 분주(分注)하거나 할 수 있으며, 이때, 토출 헤드(10)의 내부의 토출 직전의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 개수 및/또는 형태(외관, 모양) 등을 검출할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 입상체(51)란, 액상체(50) 내에서 독립해서 존재하며, 유리관(20)을 통하여 그 존재를 여러 가지 방법에 의해 검출(식별, 인식)할 수 있는 것이면 된다. 전형적인 검출 방법은, 광(가시광, 적외광 등)을 이용한 화상처리를 포함하는 것이며, 적당한 렌즈 시스템에 의해 확대된 화상을 취득하는 것도 유효하다. 검출 방법은, 자장(磁場), 전장(電場)을 이용한 방법이어도 좋다. 입상체(51)의 전형적인 것으로서는, 세포나 유전자(ＤＮＡ, ＲＮＡ) 등의 생물재료를 포함하는 입상체(입자, 미립자)를 들 수 있다. 입상체(51)에는, 구(球)형상(입상)뿐만 아니라 선(線)상, 그 밖의 형상의 것도 포함된다.
이들의 입상체(51)는, 캐비티(14)로부터 노즐 개구(11)에 이르기까지의 사이에 막히거나, 편재(偏在)되거나 하는 경우가 많다. 토출장치(1)의 토출 헤드(10)는, 캐비티(14)로부터 노즐 개구(11)에 이르기까지, 검출부(12)를 포함하여 토출 헤드(10)의 주요한 부분이 1개의 유리관(20)에 의해 심리스로 형성되어 있다. 이 때문에, 이 토출 헤드(10)는, 기포 등에 의한 정체, 막힘 혹은 편재가 발생하기 어려워, 세포 등의 폐색(閉塞)되기 쉬운 입상체(51)라도, 액상체(50)에 비교적 균일하게 존재한 상태로 노즐 개구(11)까지 인도할 수 있다.
도 2에, 토출 헤드(10)의 유리관(20)의 구성(형상)을 확대해서 나타내고 있다. 도 3 및 도 4에, 유리관(20)의 개략 구성을, 길이 방향(중심축)(9z)에 직교하는 제 1의 방향(9ｘ)(이후에서는 X방향)과, 중심축(9z) 및 제 1의 방향(9x)에 직교하는 제 2의 방향(9ｙ)(이후에서는 Y방향)을 각각 포함하는 단면에 의해 나타내고 있다. 이 유리관(20)의 전형적인 사이즈는, 외경 0.5~5mm, 두께 0.01~1mm이다. 유리관(20)은, 선단의 노즐 개구(11)를 향해서 X방향으로 넓고 Y방향으로 좁으며 편평하게 성형된 선단부분(21)과, 그 후방(도 2에 있어서 상방)에서 X방향으로 넓고 Y방향으로 좁으며 편평하게 성형된 제 1의 편평부(22)와, 그 후방에서 거의 원통형상인 제 1의 원통부(23)와, 그 후방에서 X방향으로 넓고 Y방향으로 좁으며 편평하게 성형된 제 2의 편평부(24)와, 그 후방에서 거의 원통형상인 제 2의 원통부(25)와, 그 후방에서 제 2의 원통부(25)보다 좁아지도록 수축된 축소부(26)와, 그 후방에서 유리관(20)을 공급관(4)에 접속하기 위한 거의 원통형상인 제 3의 원통부(27)를 포함한다. 선단부분(21), 제 1의 편평부(22) 및 제 2의 편평부(24)는 다른 방향으로 편평해도 좋다. 예컨대 제 2의 편평부(24)는 Y방향으로 넓고 X방향으로 좁으며 편평하게 성형되어 있어도 좋다.
각 부분을 더욱 자세하게 설명하면, 우선, 유리관(20)의 선단부분(21)은, 도 5에 확대해서 나타내는 바와 같이, 유리관(20)의 선단을 노즐 개구(11)로서 적당한 사이즈까지 외측으로부터 눌러 찌그러뜨린 형상으로 성형되어 있으며, 도 6에 그 단면을 확대해서 나타내고 있다. 노즐 개구(11)는, X방향으로 넓고 Y방향으로 좁으며 단면이 거의 편평한 원형(타원형) 또는 그것에 가까운 형태로 편평하게 성형되어 있기 때문에, 입상체(51)를 X방향으로 균등하게 분산시키기 용이하며, 토출되기 직전의 입상체(51)를 시인(視認) 혹은 검출하기 쉽다. 노즐 개구(11)의 전형적인 사이즈는, 내부의 Ｙ방향의 최대 높이(최대 내경(內徑))(d)가 15∼200㎛이다. 세포 등의 ㎛오더의 미소한 입상체(51)를 토출하기 위해서는, 노즐 개구(11)로부터 토출되는 액상체(50)의 1회의 토출량을, 예컨대, ｐｌ(피코(pico)리터)오더로부터 ｆｌ(펨토(femto)리터)오더까지 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 선단부분(21)의 성형 방법의 하나는, 유리관(20)을 가열한 후, 상하 방향(길이 방향과 직교하는 방향)으로부터 프레스하는 것이지만, 공지의 유리 가공의 다양한 수법도 이용할 수 있으며, 가공 방법을 한정하는 것이 아니다.
한편, 본 명세서에 있어서 편평한 원형(타원형)이란, 직사각형이나 정사각형 등의 각이진(각(角)이 있는) 형상을 제외하고, 더욱이, 정(正)원형(원형)을 제외한 장척(長尺)형상의 원형으로, 타원형 외에, 직사각형 또는 정사각형의 대변(對邊)의 각각에 대변 간의 거리(대변끼리의 간격)를 지름으로 하는 반원형이 부가된 형상 등 다양한 형상을 포함하는 개념이다.
선단부분(21)의 후방의 제 1의 편평부(22)는, 유리관(20)이 외측으로부터 눌려 찌그러지도록 성형되며, 내부에, 편평한, 또는 박스형의 공간을 형성하여, 검출부(12)를 구성하는 부분이다. 도 7에 그 단면을 확대해서 나타내고 있다. 제 1의 편평부(22)의 전형적인 사이즈는, 내부의 Ｙ방향의 최대 높이(최대 내경)(h)가 0.05~1.0mm, 내부의 Ｘ방향의 최대폭(Ｗｉ)이 0.3~10mm 정도이며, 내부의 길이 방향(9z)의 길이가 1~20mm이다. 내부의 최대폭(Ｗｉ)은 1~3mm 정도가 더욱 바람직하다. 검출부(12)에 존재하는 입상체를 관찰하도록 X방향으로 확대된 제 1의 측벽(22a) 및 제 2의 측벽(22c)은, 판형상이며, 그 벽두께(t)는, 50∼500㎛ 정도가 바람직하고, 50∼300㎛ 정도가 더욱 바람직하다. 또한, 제 1의 편평부(22)는, 외부의 최대폭(Ｗｏ)이 0.55~7mm 정도가 되도록 성형되어 있다.
본 예에 있어서는, 제 1의 편평부(22)는, 유리관(20)을 외측으로부터 눌러 찌그러뜨리도록 성형되며, 내부에, 편평한 거의 편평한 원형(타원형) 또는 그것에 가까운 형상의 개구를 구비한 검출부(12)가 형성되어 있다. 검출부(12)의 내부의 단면적과 길이에 의해 규정되는 용량은, 검출부(12)의 이용 방법을 고려하는데 있어서 중요하다. 즉, 검출부(12)에 몇 회분의 토출량을 유지할지에 따라서, 이하에 설명하는 입상체(51)의 검출 알고리즘이 변하기 때문이다.
또한, 검출부(12)의 Ｙ방향의 최대 높이(최대 내경)(h)는, 검출부(12)에 유입되는 입상체(51)의 사이즈에 따라 적당히 선택되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 입상체(51)의 사이즈(예컨대 지름)에 대하여 검출부(12)의 최대 높이(최대 내경)(h)가 지나치게 크면, 검출부(12)의 내부에서 입상체(51)가 겹쳐 존재할 가능성이 증가하고, 복수의 입상체(51)를 개별로 식별할 수 없을 가능성이 높아진다. 한편, 입상체(51)의 사이즈에 대하여 검출부(12)의 최대 높이(최대 내경)(h)가 지나치게 작으면, 검출부(12)가 입상체(51)의 통과에 대하여 저항으로 되어, 노즐 개구(11)로부터 입상체(51)가 스무스하게 토출되기 어려워질 가능성이 있다.
따라서, 검출부(12)의 Ｙ방향의 최대 높이(최대 내경)(h)와, 식별 대상의 입상체(51)의 평균 입자직경(지름)(r)이 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
1.2≤h/r≤100.0 … (1)
(h/r)은 50.0 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, (h/r)은 1.4 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 검출부(12)의 Ｙ방향의 최대 높이(최대 내경)(h)와, 노즐 개구(11)의 Ｙ방향의 최대 높이(최대 내경)(d)는 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
0.5≤h/d≤20.0 … (2)
(h/d)은 15.0 이하인 것이 더욱 바람직하다. (h/d)은 0.8 이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 노즐 개구(11)의 Ｙ방향의 최대 높이(최대 내경)(d)와, 노즐 개구(11)의 Ｘ방향의 최대폭(b)은 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
1.0≤b/d≤20.0 … (3)
(b/d)은 10.0 이하인 것이 더욱 바람직하다.
이러한 제 1의 편평부(22)의 형성 방법의 하나는, 유리관(20)을 가열한 후, 상하 방향(길이 방향에 직교하는 방향)으로부터 프레스하는 것이다. 유리관(20)을 1차원 방향(전후 방향, 길이 방향)뿐만 아니라, 2차원 방향(상하 방향, 길이 방향에 직교하는 방향)으로 눌러 넓힌 상태로 프레스 성형함으로써, 내부에 편평한 공간을 구비한 검출부(12)가 형성된다. 이와 함께, 유리관(20)의 제 1의 편평부(22)의 제 1의 측벽(22a)의 외측에 평탄한 면(22b)이 형성되고, 제 2의 측벽(22c)의 외측에 평탄한 면(22d)이 형성된다. 이 성형 방법은 일 예이며, 사출 성형과 같이, 금형(金型)(몰드)으로 유리, 수지 등의 관상부재를 불어내서 소정 형상의 유리관(20)을 형성하는 것도 가능하며, 금속을 압연(壓延)해서 소정 형상의 관상부재를 얻어도 좋다.
제 1의 측벽(22a) 및 제 2의 측벽(22c)은, 평탄하여도 좋고, 만곡되어 있어도 좋다. 만곡되어 있으면 렌즈 효과에 의해 검출부(12)의 입상체(51)를 육안으로 인식(시인)하기 쉽다. 한편, 제 1의 측벽(22a) 및 제 2의 측벽(22c)이 평탄하며, 내부의 검출부(12)의 최대 높이(최대 내경)(h)가 균일하다면, 측벽(22a 및 22b)을 투과해서 왜곡이 적은 상(像)이 쉽게 얻어지며, 입상체(51)의 형태에 의해 입상체(51)의 종류를 판별하기 쉽다. 또한, 평탄한 측면(22a 및 22c)에 의해 박스형의 검출부(12)가 구성되며, 입상체(51)가 검출부(12)의 Ｘ방향으로 균등하게 분산되기 쉽다. 따라서, 검출부(12)에 복수의 입상체(51)가 존재할 경우, 각각을 시인 혹은 검출하기 쉽다.
제 1의 편평부(22)의 후방의 제 1의 원통부(23)는, 검출부(12)와 캐비티(14)를 연통(연락)하기 위한 제 1의 연락로(13)를 구성하는 부분이다. 도 8에 그 단면을 확대해서 나타내고 있는 바와 같이, 제 1의 원통부(23)는 통(筒)형상이며 강도가 높고, 후술하는 캐비티(14)가 압전소자(6)에 의해 변형해도, 그 형상변화의 영향이 제 1의 편평부(22)에 미치기 어렵다. 한편, 캐비티(14)의 내압의 변화를 검출부(12)에 전달하며, 검출부(12)의 액상체(50)를 노즐 개구(11)로부터 토출시키기 위해서는, 제 1의 원통부(23)의 내측단면적은 검출부(12)의 내측단면적과 거의 동일한 것이 바람직하다. 또한, 제 1의 원통부(23) 대신에, 편평한 부분으로 캐비티(14)와 검출부(12)를 연통시켜도 좋다.
제 1의 원통부(23)의 후방의 제 2의 편평부(24)는, 제 1의 편평부(22)와 마찬가지로, 내부에, 편평한 박스형의 공간을 형성하며, 압력실인 캐비티(14)를 구성하는 부분이다. 도 9에 그 단면을 확대해서 나타내고 있다. 캐비티(14)의 평탄한 벽(24a)의 외측의 면(외면)(24b)에는, 평판형상의 압전(壓電)소자(피에조 소자, 액추에이터)(6)가 부착되어 있다. 압전소자(6)는, ＩＴＯ, 금속 등의 박막의 전극(6e)과 함께 유리관(20)에 부착되며, 전극(6e)을 통하여 구동 펄스(전압 구동 펄스)를 받아서 신축(伸縮)하여, 캐비티(14)의 내용적을 변동시킨다. 한편, 압전소자(6)의 전형적인 것은 피에조 소자이며, 피에조 소자(6)는, 전극 등을 포함한 공지의 구성을 구비하고 있다.
제 2의 편평부(24)의 후방의 제 2의 원통부(25)는, 캐비티(14)와, 그 후방의 개구 면적을 좁힌 오리피스(orifice)로서 기능하는 좁은 유로(16)를 연통하기 위한 제 2의 연락로(15)를 구성하는 부분이다. 연락로(15)는, 캐비티(14)에 입상체(51)를 포함하는 액상체(50)를 공급하기 위한 버퍼(buffer)로서도 기능한다.
제 2의 원통부(25)의 후방의 축소부(26)는, 개구 면적이 좁은 유로(16)를 구성하기 위한 부분이며, 도 10에 그 단면을 확대해서 나타내고 있다. 유로(16)의 내경은, 예컨대, 20∼200㎛이며, 캐비티(14)의 압력변동이 노즐 개구(11)의 측에 효율적으로 전달되어, 캐비티(14)의 압력변동이 공급관(4) 및 용기(5)에 전파되기 어렵게 되어 있다. 축소부(26)의 성형 방법의 하나는, 가열한 유리관(20)을 전후 방향(길이 방향)으로 잡아당기는 것이다. 축소부(26)의 후방의 제 3의 원통부(27)는, 공급관(4)에 연통하기 위한 제 3의 연락로(17)를 구성하는 부분이다.
이들 선단부분(21), 제 1의 편평부(22), 제 1의 원통부(23) 및 제 2의 편평부(24)는, 1개의 유리관(20)을 가공(성형)함으로써 형성된 것이다. 따라서, 캐비티로부터 노즐 개구에 이르기까지 1개의 유리관(20)에 의해 심리스로 형성할 수 있으므로, 기포 등에 의한 정체나 막힘이 발생하기 어려워, 세포 등의 입상체(51)가 부착되어 액상체(50)의 흐름이 정체되거나, 입상체(51)가 막히는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 때문에, 저점도로부터 고점도에 이르는 다종다양한 입상체(51) 및 액상체(50)를 토출하는데 적합한 토출 헤드(10)를 제공할 수 있다.
한편, 상기에서는 유리관(20)을 이용하고 있지만, 유리관(20) 대신에 투광성을 구비한 수지관 및 세라믹스관을 이용해서 같은 형태로 형성할 수도 있으며, 심리스이며, 또한, 입상체(51)의 개수 등을 계측하는데 적합한 토출 헤드(10)를 낮은 가격으로 제공할 수 있다.
이와 같이, 토출 헤드(10)는, 노즐 개구(11)의 후방에, 노즐 개구(11)를 포함하여 편평 형상의 검출부(12)를 구비하고 있으므로, 검출장치(7)에 의해 노즐 개구(11)로부터 다음에 토출되거나, 또는 토출 예정인 액상체(50)에 포함되어 있는 입상체(51)의 개수 및 형태를 검출할 수 있다. 검출장치(7)의 일 예를 도 4에 나타낸다. 이 검출장치(7)는, 제 1의 편평부(22)의 제 1의 측벽(22a)에 대치하도록 배치된 광원(101)과, 광원(101)에 대향하며, 제 2의 측벽(22c)에 대치하도록 배치된 촬상부(102)와, 촬상부(102)로 취득된 화상을 처리하는 화상 처리 기구(103)를 구비하고 있다. 광원(101)은, 검출부(12)에 존재하는 입상체(51)와, 노즐 개구(11)로부터 토출된 액적(71) 중에 포함되는 입상체(51)를 조명한다. 광원(101)의 일 예는, 주기적인 발광이 가능한 소위 스트로보(strobo)이며, 예컨대, 크세논 등의 할로겐 램프나 ＬＥＤ램프 또는 블랙 라이트(자외선 라이트) 등의 광원을 이용할 수 있다. 광원(101)은, 촬상부(102)의 성능에 따라서 휘도의 조정이 가능한 것이 바람직하다.
이 촬상부(102)는, 검출부(12)의 투명한 제 2의 측벽(22c)을 통하여 광원(101)에 의해 조명된 액상체(50)의 모양과, 노즐 개구(11)로부터 타겟(81a~81c)을 향해서 토출된 액상체(50)를 포함하는 화상을 취득한다. 따라서, 검출부(12)의 액상체(50)에 입상체(51)가 포함되어 있거나, 토출된 액상체(액적)(50)에 입상체(51)가 포함되어 있는 경우에는, 얻어진 화상을 해석함으로써, 검출부(12)에 포함되어 있는 입상체(51)의 개수 및 형태, 토출되어 액상체(50)에 포함되어 있는 입상체(51)의 개수 및 형태를 인식하는 것이 가능하다. 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 화상을 취득하는 촬상부와, 노즐 개구(11)로부터 토출된 액상체를 촬상하는 촬상부를 달리 설치해도 좋다.
촬상부(102)의 일 예는, 촬상 소자(ＣＣＤ, ＣＭＯＳ)와, 광학 렌즈를 구비한 카메라이다. 광학 렌즈는, 촛점거리를 조정가능함과 동시에, 촬상 배율을 변경할 수 있으며, 액상체(50)에 포함되는 미소한 입상체(51)의 복수개를 동시에 촬상할 수 있는 범위에서 촬상 배율을 설정할 수 있는 것이 바람직하다. 화상 처리 기구(103)는, 촬상부(102)에 의해 취득된 화상을 해석하고, 검출부(12)에 있어서의 입상체(51)의 유무 및 개수나 형태, 토출 후의 액적(71)에 있어서의 입상체(51)의 유무, 개수 및 형태를 식별한다. 화상 처리 기구(103)의 일 예는, 병렬 연산 처리 기구를 구비한 것이며, 병렬 연산 처리 기구의 일 예는 ＣＭＯＳ센서의 1화소에 위치 연산 소자를 대응시킴으로써 고속화상처리를 가능하게 한 것이다.
검출부(12)는, 편평하며, 제 1의 원통부(23)보다도 X방향으로 폭넓고, Y방향으로 좁아지도록 성형되어 있다. 따라서, 검출부(12)에서는, 액상체(50)에 포함되어 있는 세포 등의 입상체(51)가 복수 존재하면, 이들이 X방향으로 분산되어 퍼지며, 제 1의 측벽(22a) 및 제 2의 측벽(22c)의 사이에 겹치지 않는 상태로 존재하기 쉽다. 이 때문에, 상기 토출 헤드(10)에 있어서는, 검출부(12)에 복수의 입상체(51)가 존재했을 때, 이들을 제 1의 측벽(22a) 및 제 2의 측벽(22c)의 외측으로부터 분리해서 검출하기 용이하여, 복수의 입상체(51)가 존재하고 있는지 여부를 식별하기 쉽다.
따라서, 이 토출 헤드(10)를 구비한 토출장치(1)에 따르면, 노즐 개구(11)의 바로 위(바로 상류)의 검출부(12)로 입상체(51)의 유무, 개수 및 형태를 관찰함으로써, 노즐 개구(11)로부터 액상체(50)를 토출(분주(分注))하기 전에, 다음에 토출하는 액상체(50)(액적(71))에 입상체(51)가 포함될 것인지 여부, 포함되는 입상체(51)의 개수, 및 포함되는 입상체(51)의 형태(종류)를 검출장치(7)에 의해 식별할 수 있으며, 검출 결과(7a)를 얻을 수 있다. 이 때문에, 이 토출장치(1)에 있어서는, 소망하는 개수 및 형태의 입상체(51)를 포함하는 액상체(50)만을 타겟(81a~81c)의 어느 것에 토출하고, 그 밖의 경우에는 액상체(50)를 교반해서 검출부(12)의 상태를 변화시키거나, 액상체(50)를 디스포저(82)에 폐기하여 검출부(12)의 상태를 변화시키거나 할 수 있다.
따라서, 이 토출장치(1)에 따르면, 타겟(81a~81c)에 대하여 검출 결과(7a)가 소정의 조건을 만족하는 액적(입상체를 포함함)(71)만을 선택해서 토출할 수 있다. 이 때문에, 복수의 웰을 구비한 마이크로 플레이트(타겟)에 대하여 입상체(51)를 포함하는 액적(71)을 분주하였을 때, 실험 등의 조건에 합치되지 않아 쓸모없게 되는 웰의 존재를 대폭 저감할 수 있다.
도 11에, 토출 헤드(10)의 다른 예를 나타내고 있다. 이 토출 헤드(10)의 유리관(20)은 원통형상의 노즐 개구(11)를 구비하고 있다. 노즐 개구(11)가 되는 유리관(20)의 선단부분(21)은, 유리관(20)의 선단을 노즐 개구(11)로서 적당한 사이즈까지 좁힌 형상으로 성형되어 있다. 노즐 개구(11)의 전형적인 내경은 15∼200㎛이다.
이러한 토출 헤드(10)를 구비한 토출장치(1)에 있어서도, 노즐 개구(11)에 연통된 노즐 개구(11)의 바로 위(바로 상류)의 검출부(12)로 입상체(51)의 유무 및 개수 등을 관찰한다. 이 때문에, 노즐 개구(11)로부터 액상체(50)를 토출(분주)하기 전에, 다음에 토출하는 액상체(50)(액적(71))에 입상체(51)가 포함되는지 여부, 또한, 포함되는 입상체(51)의 개수, 형태 등을 포함하는 검출 결과(7a)를 검출장치(7)에 의해 취득할 수 있다. 이 때문에, 이 토출장치(1)에 있어서는, 소망하는 조건, 즉 소정의 개수 및/또는 형태(종류)의 입상체(51)를 포함하는 액상체(50)만을 소정의 타겟(81a~81c)의 어느 것에 토출할 수 있다. 검출 결과(7a)가 소망하는 조건에 일치하지 않을 경우에는 액상체(50)를 교반해서 검출부(12)의 상태를 변화시키거나, 액상체(50)를 디스포저(82)에 폐기하여 검출부(12)의 상태를 변화시키거나 할 수 있다. 토출 헤드(10)의 다른 구성에 대해서는 상술한 토출 헤드와 공통되므로 설명을 생략한다.
도 12에, 토출 헤드(10)의 또 다른 예를 나타내고 있다. 이 토출 헤드(10)의 유리관(20)은 원통형상의 검출부(12)를 구비하고 있다. 다시 말해, 유리관(20)은, 선단부분(21)의 후방이며 제 1의 원통부(23)의 전방에, 검출부(12)가 되는 제4의 원통부(28)를 포함한다. 따라서, 입상체(51)의 사이즈가 비교적 크고, 예컨대 입상체(51)의 입자직경(지름)(r)이 10㎛ 이상인 경우에는, 유리관(20)이 외측으로부터 눌려 찌그러지도록 성형된 제 1의 편평부(22) 대신에, 원통형상인 상태의 제4의 원통부(28)를 설치함으로써, 입상체(51)를 검출할 수 있다. 토출 헤드(10)의 다른 구성에 대해서는 상술한 토출 헤드와 공통되므로 설명을 생략한다.
한편, 입상체(51)의 입자직경(지름)(r)이 10㎛ 미만인 경우에는, 검출부(12)의 내부에서 입상체(51)가 겹쳐 존재할 가능성이 증가하여, 복수의 입상체(51)를 개별로 식별할 수 없을 가능성이 높아지기 때문에, 유리관(20)이 외측으로부터 눌려 찌그러지도록 성형된 제 1의 편평부(22)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 입상체(51)의 입자직경(지름)(r)이 5㎛ 이하인 경우에는, 제 1의 편평부(22)를 설치하는 것이 더욱 바람직하다.
도 13에, 토출 헤드(10)를 구비한 토출장치(1)에 의해, 소정 조건의 입상체(51)를 포함하는 액적(71)을 타겟(81a~81c)의 어느 것에 토출하는 방법(토출장치(1)의 제어 방법)을 플로우 챠트에 의해 나타내고 있다.
스텝 110에 있어서 토출지시가 호스트 장치로부터 출력되면, 제어 유닛(74)은, 스텝 111에 있어서, 검출장치(7)로부터 얻어지는 노즐 개구(11)의 노즐면(11a)의 화상을 이용하여, 도 5에 나타내는 노즐 개구(11)의 노즐면(11a)에 있어서의 입상체(51)의 유무를 판단한다. 노즐면(11a)에 입상체(51) 혹은 그 밖의 이물이 있으면, 제어 유닛(74)은, 스텝 112b에 있어서 클리닝 모드(와이핑 모드)로 이행한다. 노즐면(11a)에 입상체(51) 혹은 그 밖의 이물이 있으면, 토출 헤드(10)에서 토출되는 액적(71)의 비상(飛翔)방향이 변하여, 소망하는 타겟에 액적(71)이 도달하지 않을 가능성이 있다. 따라서, 노즐면(11a)이 깨끗한지 여부를 우선 확인하고, 이물이 있는 경우에는 노즐면(11a)을 클리닝한다.
클리닝 모드에 있어서는, 액추에이터(79 및/또는 89)를 이용하여 토출 헤드(10)를 홈 포지션(home position)으로 이동시키고, 홈포지션에 준비되어 있는 와이핑 기구 등을 이용해서 노즐면(11a)을 클리닝하여, 이물을 제거한다. 클리닝 모드에 있어서, 토출 헤드(10)를 디스포저(82)로 이동시켜, 액적을 폐기(클리닝)함으로써 노즐면(11a)에 존재하는 입상체(51) 또는 이물을 제거하도록 해도 좋다.
스텝 112b의 클리닝이 종료하면 스텝 110으로 돌아가서, 토출지시가 유지되어 있는 것을 확인하고, 이하에서 설명하는 토출 프로세스를 계속한다. 스텝 112b의 클리닝이 종료한 후, 토출지시를 확인하지 않고 스텝 111로 돌아가서, 노즐면(11a)의 이물의 유무의 재확인을 행하고, 이하에서 설명하는 토출 프로세스를 계속하도록 해도 좋다.
노즐면(11a)에서 입상체(51)가 검출되지 않으면, 스텝 112a에 있어서, 제어 유닛(74)의 취득 유닛(75)은, 검출장치(7)로부터, 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 개수 및/또는 형태, 예컨대 크기(지름), 형상, 모양 및 색 등의 정보를 포함하는 검출 결과(7a)를 취득한다. 스텝 113에 있어서, 검출 결과(7a)에 포함되는 입상체(51)의 개수, 및/또는 형태 등의 조건이, 어느 소정의 조건의 범위에 들어갈 경우에는, 상태 변경 유닛(76)의 토출처 변경 유닛(78)은, 스텝 114a에 있어서, 타겟(81a~81c)을 선택하고, 스텝 114b에 있어서, 토출 헤드(10)를 소정의 조건에 일치하는 타겟(81a~81c)에 액추에이터(79 및/또는 89)를 이용해서 이동하고, 구동장치(2)를 이용하여, 액상체(50)를 타겟(81)에 토출한다.
한편, 취득한 검출 결과(7a)가 소정의 조건의 범위에 들어가지 않을 경우에는, 상태 변경 유닛(76)은, 스텝 115a에 있어서, 액상체(50)를 폐기할지 여부를 판단한다. 액상체(50)를 폐기할 경우에는, 스텝 115b에 있어서, 토출처 변경 유닛(78)의 폐기 유닛(78a)은, 액추에이터(79 및/또는 89)를 이용하여 토출 헤드를 디스포저(82)로 이동시키고, 구동장치(2)를 이용하여 폐기한다. 그 후, 스텝 110으로 돌아간다.
액상체(50)를 폐기하지 않을 경우에는, 스텝 116에 있어서, 교반 유닛(77)은, 구동장치(2)로부터 압전소자(피에조 소자)(6)에 인가하는 구동 전압을 제어함으로써, 액적을 토출하지 않을 정도로 캐비티(14)의 내압을 변화시켜, 액상체(50)를 교반해서 검출부(12)의 상태를 변화시키고, 스텝 110으로 돌아간다.
스텝 116의 교반을 선택함으로써, 입상체(51)를 폐기하지 않고, 검출부(12)의 입상체(51)의 분포나 위치를 바꿀 수 있다. 이 때문에, 쓸모없어지는 입상체(51)의 존재(량)을 대폭 저감할 수 있고, 더욱이, 폐기를 위해 액추에이터(79 및/또는 89)를 이용해서 토출 헤드(10) 또는 테이블(83)을 이동시킬 필요도 없다.
스텝 115b의 폐기를 선택할지, 스텝 116의 교반을 선택할지는, 상태 변경 유닛(76)에 미리 초기 설정되어 있어도 좋고, 교반을 몇 번 되풀이해도 소정의 조건에 일치하는 검출 결과(7a)가 얻어지지 않을 때 폐기를 선택하도록 해도 좋다. 또한, 검출 결과(7a)에 의해 스텝 116의 교반을 선택함으로써 검출부(12)의 상태를 소정의 조건에 일치시키도록 변화시킬 수 있는지 여부를 판단하여, 교반 또는 폐기를 선택하도록 해도 좋다.
제어 유닛(74)은, 스텝 114b에 있어서 타겟(81a~81c)에 액적(71)을 토출하거나, 스텝 115b에 있어서 액상체(50)를 폐기할 때에, 구동장치(2)에 의해 압전소자(6)를 풀히트 방식(pull hit system)의 구동 펄스가 아니라, 푸시히트 방식(push hit system)의 구동 펄스로 구동한다. 풀히트 방식이란, 예컨대 정상(定常)상태에서 압전소자(6)에 전압을 인가해서 캐비티(14)의 체적이 감소하는 상태로 유지하며, 토출 직전에 일단 인가전압을 저하시켜 캐비티(14)의 체적이 증가하는 상태로 하고, 다시 전압을 인가해서 캐비티(14)의 체적을 감소시키도록 하여서 액적(71)을 토출시키는 방식이다. 한편, 푸시히트 방식이란, 정상상태에서는 압전소자(6)에 전압이 인가되어 있지 않으며, 액적(71)의 토출 시에 전압을 인가해서 압전소자(6)를 변형시키며, 캐비티(14)를 가압해서 액적(71)을 토출시키는 방식이다.
따라서, 풀히트 방식이라면, 일단, 노즐 개구(11)의 메니스커스(meniscus)를 끌어들이므로, 검출부(12)의 내부까지 메니스커스를 끌어들일 가능성이 있어, 검출부(12)의 내부상태가 크게 변동한다. 이 때문에, 스텝 113에 있어서 확인한 검출부(12)의 상태가 변화되어, 토출되는 액적(71)에 예기하지 않는 입상체(51)가 포함될 가능성이 높아진다. 한편, 푸시히트 방식이라면, 노즐 개구(11)의 메니스커스는 대부분 끌어 들여지지 않으므로, 검출부(12)의 상태의 변동은 적고, 예정된 입상체(51)를 포함하는 액적(71)을 토출할 수 있는 확률이 높아진다.
구동장치(2)는, 스텝 114b에 있어서 푸시히트 방식의 구동 펄스를 압전소자(6)에 공급한 직후에, 스텝 117에 있어서, 메니스커스의 움직임을 캔슬하는 펄스를 압전소자(6)에 공급한다. 메니스커스의 진동을 재빠르게 감쇠시켜, 메니스커스의 움직임을 최소한으로 억제함으로써, 검출부(12)의 내부의 상태를 조기에 안정시킬 수 있다.
스텝 114b에 있어서, 지정된 조건의 입상체(51)를 지정된 타겟(81a~81c)에 토출하면, 스텝 118a에 있어서, 제어 유닛(74)의 취득 유닛(75)은, 검출장치(7)에 의해 토출 직후의 액적의 화상과, 토출 후의 검출부(12)의 검출 결과(7a)를 취득한다.
스텝 118b에 있어서, 토출 후의 검출 결과(7a)에, 토출 전의 조건을 만족시키는 입상체(51)가 있으면, 제어 유닛(74)은, 타겟(81)에 대하여, 입상체(51)를 포함하는 액적(71)이 토출되지 않은 것으로 판단한다. 소망하는 타겟(81a~81c)의 어느 것에 대하여 액상체(50)의 토출을 되풀이해도 좋은 경우에는, 스텝 120에 있어서, 타겟을 바꾸지 않고 스텝 110으로 돌아가서, 스텝 111 및 113의 조건을 재확인하고 나서, 스텝 114b에 있어서 재토출한다.
토출 후의 검출 결과(7a)에 토출 전의 조건을 충족시키는 입상체(51)가 없으면, 제어 유닛(74)은, 스텝 119에 있어서, 토출된 액적의 화상을 이용하여, 토출 된 액적에 소정의 조건의 입상체(51)가 포함되어 있는지 여부를 판단한다. 토출된 액적(71) 중에서 입상체(51)가 검출되지 않으면, 제어 유닛(74)은, 타겟(81a~81c)에 대하여, 입상체(51)를 포함하는 액적(71)이 토출되지 않은 것으로 판단한다. 타겟(81a~81c)에 대하여 액상체(50)의 토출을 되풀이해도 좋은 경우에는, 스텝 122에 있어서, 타겟(81)을 바꾸지 않고 스텝 110으로 돌아가서, 스텝 111, 113의 조건을 재확인하고 나서, 스텝 114b에 있어서 재토출한다.
스텝 118b와 동시 혹은 전후로, 스텝 119에 있어서, 토출 후의 액적(71) 중에 입상체(51)가 포함되어 있는 것을 확인함으로써, 입상체(51)가 노즐면(11a) 등에 부착되어 타겟(81)에 대하여 토출되지 않을 가능성을 검출하여, 확실하게 입상체(51)를 토출하는 것이 가능하게 된다.
스텝 121에 있어서, 그밖에 타겟이 있으면, 스텝 123에 있어서, 다른 타겟으로 변경해서 스텝 110으로 돌아간다. 스텝 121에 있어서 그밖에 타겟이 없으면, 종료한다.
도 14에, 입상체(51)를 1개만 포함하는 액적(71)을 타겟(81)에 토출할 때에, 토출장치(1)의 제어 유닛(74)이 검출장치(7), 구동장치(2)를 이용하여 피에조 소자(6) 및 이동용의 제 2의 액추에이터(79) 및/또는 제 3의 액추에이터(89)를 제어하는 알고리즘의 일 예를 나타내고 있다. 한편, 상기의 플로우 챠트와 공통인 스텝에 대해서는 설명을 생략한다.
도 15에 검출부(12)의 상태를 나타내고 있다. 본 예에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 검출부(12)는, 3회의 토출량을 유지하는 용량을 구비하고 있으며, 검출부(12)의 내부는, 다음에 노즐 개구(11)로부터 토출되는 부분(제 1의 영역)(31)과, 그 다음(즉 2회째)에 토출되는 부분(제 2의 영역)(32)과, 또 그 다음(즉 3회째)에 토출되는 부분(제 3의 영역)(33)으로 형식적으로 분할되어 있다. 이들의 영역 (31~33)은, 도 15에, 토출 헤드(10)의 검출부(12)를 선단의 노즐 개구(11)로부터 후단(29)을 향하여, 명확히 분리되어 있는 것처럼 기재되어 있지만, 이들은 화상 해석을 위해 설정된 영역으로서, 가상적인 것이며, 각 영역(31~33)의 경계의 형상은 이것으로 한정되지 않는다.
스텝 110에 있어서 토출지시가 호스트 장치로부터 출력되면, 제어 유닛(74)은, 스텝 111에 있어서, 노즐 개구(11)의 노즐면(11a)에서 입상체(51)가 검출되는지 여부를 판단한다. 노즐면(11a)에서 입상체(51)가 검출되지 않으면, 스텝 112a에 있어서, 제어 유닛(74)의 취득 유닛(75)은, 검출장치(7)로부터, 검출부(12)의 액상체(50)에 포함되는 입상체(51)의 개수의 정보를 포함하는 검출 결과(7a)를 취득한다.
스텝 113a에 있어서, 검출부(12)의 가장 노즐 개구(11)의 측인 제 1의 영역(31)에서 입상체(51)가 검출되지 않거나(0개 검출) 또는 2개 이상 검출되면, 상태 변경 유닛(76)은, 스텝 115a에 있어서, 액상체(50)를 폐기할지 여부를 판단한다. 액상체(50)를 폐기할 경우에는, 스텝 115b에 있어서, 토출처 변경 유닛(78)의 폐기 유닛(78a)은, 액추에이터(79 및/또는 89)를 이용하여 노즐 개구(11)를 디스포저(82)를 향해, 구동장치(2)를 이용하여 폐기하고, 스텝 110으로 돌아간다. 액상체(50)를 폐기하지 않을 경우에는, 교반 유닛(77)은, 스텝 116에 있어서, 토출하지 않을 정도의 압력으로 액상체(50)를 교반해서 검출부(12)의 상태를 변화시키고, 스텝 110으로 돌아간다.
도 15(a)에, 제 1의 영역(31)에 입상체(51)가 0개, 다시 말해, 검출되지 않는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 15(b)에, 제 1의 영역(31)에 입상체(51)가 2개 존재하는 모양을 나타내고 있다. 제 1의 영역(31)은, 다음에 노즐 개구(11)로부터 토출되는 액상체(50)가 유지되어 있는 영역이며, 제 1의 영역(31)에 입상체(51)가 0개 또는 2개 이상 존재할 경우에, 스텝 115 및 116에 있어서, 액상체(50)를 폐기하거나 또는 교반함으로써, 타겟(81)에 입상체(51)가 들어가지 않거나, 또는 2개 이상 공급되는 것을 방지할 수 있다.
스텝 113a와 동시에, 혹은 전후로, 스텝 113b에 있어서, 제 1의 영역(31)에 이어 다음에 토출되는 제 2의 영역(32)에 입상체(51)가 1개 이상 계측되면, 상태 변경 유닛(76)은, 스텝 115a에 있어서, 액상체(50)를 폐기할 것인지 여부를 판단한다. 액상체(50)를 폐기할 경우에는, 스텝 115b에 있어서, 폐기 유닛(78a)은, 액추에이터(79 및/또는 89)를 이용하여 노즐 개구(11)를 디스포저(82)를 향해서, 구동장치(2)를 이용하여 폐기하고, 스텝 110으로 돌아간다. 액상체(50)를 폐기하지 않을 경우에는, 교반 유닛(77)은, 스텝 116에 있어서, 토출하지 않을 정도의 압력으로 액상체(50)를 교반해서 검출부(12)의 상태를 변화시키고, 스텝 110으로 돌아간다.
도 15(c)에, 제 1의 영역(31)에 입상체(51)가 1개 존재하고, 제 2의 영역(32)에도 입상체(51)가 1개 존재하는 모양을 나타내고 있다. 제 1의 영역(31)에 인접한 제 2의 영역(32)에 입상체(51)가 존재하면, 다음 토출에서 제 1의 영역(31)의 입상체(51)와 함께 제 2의 영역(32)의 입상체(51)가 토출되어, 2개의 입상체(51)를 포함하는 액적(71)이 타겟(81)에 토출될 가능성이 있다. 따라서, 제 2의 영역(32)을 버퍼(완충)영역으로서 이용하여, 제 2의 영역(32)에 입상체(51)가 포함될 경우에는, 액상체(50)를 교반 또는 폐기하고, 검출부(12)의 상태를 변화시킴으로써, 토출 정밀도를 더욱 향상시키고 있다.
스텝 113a 및 113b에 있어서, 액상체(50)를 교반 또는 폐기하는 조건이 성립하지 않을 경우에는, 상태 변경 유닛(76)의 토출처 변경 유닛(78)은, 스텝 114에 있어서, 액추에이터(79 및/또는 89)를 이용해서 노즐 개구(11)를 타겟(81)을 향해, 구동장치(2)를 이용하여, 제 1의 영역(31)의 액상체(50)를 타겟(81)에 토출한다. 스텝 113a 및 113b의 교반 또는 폐기 조건이 성립하지 않는 경우란, 제 1의 영역(31)에 입상체(51)가 1개만 검출되고, 또한, 제 2의 영역(32)에 입상체(51)가 전혀 검출되지 않는 경우이다. 도 15(d)에, 그 상태의 일 예를 나타내고 있다. 버퍼 영역인 제 2의 영역(32)을 포함하여 입상체(51)가 1개만 존재하므로, 스텝 114에 있어서, 입상체(51)가 1개만 포함되어 있는 액적(71)을 타겟(81)을 향해서 토출할 수 있는 가능성이 높다.
입상체(51)를 토출한 후에, 스텝 118a에 있어서, 제어 유닛(74)의 취득 유닛(75)은, 검출장치(7)에 의해 토출 직후의 액적의 화상과, 토출 후의 검출부(12)의 검출 결과(7a)를 취득한다. 스텝 118b에 있어서, 입상체(51)가 제 1의 영역(31)에서 검출되는지 여부를 판단한다. 제 1의 영역(31)에서 입상체(51)가 검출되지 않으면, 제어 유닛(74)은, 스텝 119에 있어서, 토출된 액적의 화상을 이용하여, 입상체(51)가 토출된 액적(71) 중에서 검출되는지 여부를 판단한다. 한편, 제 1의 영역(31)에서 입상체(51)가 검출되면, 제어 유닛(74)은, 타겟(81)에 대하여, 입상체(51)를 포함하는 액적(71)이 토출되지 않은 것으로 판단한다. 타겟(81)에 대하여 액상체(50)의 토출을 되풀이해도 좋은 경우에는, 스텝 120에 있어서, 타겟(81)을 바꾸지 않고 스텝 110으로 돌아가, 스텝 113a 및 113b의 검출부(12)의 조건을 재확인하고 나서, 스텝 114에 있어서 재토출한다.
스텝 119에 있어서, 토출된 액적(71) 중에서 입상체(51)가 검출되면, 제어 유닛(74)은, 타겟(81)에 대하여, 소정의 조건, 다시 말해, 1개의 입상체(51)를 포함하는 액적(71)이 토출된 것으로 판단하고, 스텝 121에 있어서, 그밖에 입상체(51)를 토출하는 타겟(81)이 있는지 여부를 판단한다. 한편, 토출된 액적(71) 중에서 입상체(51)가 검출되지 않으면, 제어 유닛(74)은, 타겟(81)에 대하여, 입상체(51)를 포함하는 액적(71)이 토출되지 않은 것으로 판단한다. 타겟(81)에 대하여 액상체(50)의 토출을 되풀이해도 좋은 경우에는, 스텝 122에 있어서, 타겟(81)을 바꾸지 않고 스텝 110으로 돌아가, 스텝 112의 검출부(12)의 조건을 재확인하고 나서, 스텝 114에 있어서 재토출한다.
스텝 121에 있어서, 그밖에 타겟이 있으면, 스텝 123에 있어서, 다른 타겟으로 변경해서 스텝 110으로 돌아간다. 스텝 121에 있어서 그밖에 타겟이 없으면, 종료한다.
액상체(50)의 토출을 되풀이해도 좋은 경우, 제 1의 영역(31)의 용적(Q1)은, 노즐 개구(11)로부터 토출되는 액적(71)의 체적(q)에 대하여, 이하의 조건(A)을 충족시키는 것이 바람직하다.
1≤Q1/q≤1000 … (A)
또한, 제 2의 영역(32)의 용적(Q2)은, 이하의 조건(B)을 충족시키는 것이 바람직하다.
0≤Q2/q≤1000 … (B)
액상체(50) 중의 입상체(51)의 농도가 낮은 경우나, 제 1의 영역(31)의 용적(Q1)이 액적(71)의 체적(q)에 대하여 큰 경우에는, 제 2의 영역(32)을 설치하지 않아도 좋고, 스텝 112b를 생략할 수 있다.
상기 (A)의 조건의 경우, 제 1의 영역(31)에 존재하는 입상체(51)는, Q1/q회의 토출에 의해 타겟(81)에 토출되거나, 혹은 폐기된다. 따라서, 스텝 114 및 115에 있어서, 한번 토출할 때마다 스텝 110으로 돌아가서 검출부(12)의 상태를 확인해도 좋고, 최대 Q1/q회의 토출을 행한 후, 스텝 110으로 돌아가도 좋다.
더욱이, 토출되기 전의 상태가 조건에 합치되지 않아, 스텝 115에 있어서, 액상체(50)를 폐기할 경우, 1회의 토출 당의 액상체(50)의 체적에 대하여 입상체(51)의 농도가 지나치게 높으면, 폐기되는 입상체(51)의 개수가 증가하여, 비용이 높아지기 쉽다. 한편, 1회의 토출 당의 액상체(50)의 체적에 대하여 입상체(51)의 농도가 지나치게 낮으면, 입상체(51)의 개수를 소정의 조건에 일치시키기 위해서 폐기되는 회수가 증가하여, 타겟(81)을 향해서 토출하는데 필요한 시간을 단축시키기 어렵다.
따라서, 1회당 이하의 조건을 충족시키는 체적(q)의 액적(71)을 노즐 개구(11)로부터 토출하는 것이 바람직하다.
0.0001≤D×q≤3.0 … (5.0)
단, D는 액상체(50)의 단위 체적당에 포함되는 입상체(51)의 개수를 나타낸다. (D×q)는 2.0 이하인 것이 바람직하고, 1.0 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한,(D×q)는 0.001 이상인 것이 바람직하고, 0.01 이상인 것이 더욱 바람직하다.
도 16에, 토출 헤드(10)의 또 다른 예를 나타내고 있다. 이 토출 헤드(10)의 유리관(20)은 원통형상의 캐비티(14)를 구비하고 있다. 다시 말해, 유리관(20)은, 제 1의 원통부(23)의 후방이며 제 2의 원통부(25)의 전방에, 캐비티(14)가 되는 제5의 원통부(34)를 포함한다. 캐비티(14)의 통형상의 벽(34a)의 외측의 면(외면) (34b)에는, 전극(6e)을 통하여 원통형상의 압전소자(6)가 부착되어 있다. 따라서, 유리관(20)과 원통형상의 압전소자(6)를 조합한 소위 고울드 타입(Gould type)의 토출 헤드(10)에 있어서도, 캐비티(14)와 노즐 개구(11)의 사이에, 입상체(51)를 검출하기 위한 검출부(12)를 설치할 수 있다. 토출 헤드(10)의 다른 구성에 대해서는 상술한 토출 헤드와 공통되므로 설명을 생략한다. 이와 같이, 캐비티(14)의 구조에 관계없이, 캐비티(14)와 노즐 개구(11)의 사이에 검출부(12)를 설치함으로써, 입상체(51)를 소정의 조건으로 포함하는 액적(71)을 선택적으로 타겟(81)에 토출할 수 있다.
또한, 토출 헤드(10)의 유리관(20)에는, 압전소자(6) 대신에 히터를 부착하고, 캐비티(14)의 내압을 기포에 의해 변동시키는 서멀 타입의 잉크젯 방식을 채용하는 것도 가능하다. 또, 상기에서는, 입상체(51)를 1개 포함하는 액적(71)을 토출하는 예에 근거하여 제어 유닛(74)의 제어 알고리즘의 예를 설명했지만, 입상체(51)를 n개(n은 임의의 정수)만큼 포함하는 액적(71)을 토출하는 것과 같은 알고리즘이어도 좋다.
도 17에, 토출 헤드(10)의 또 다른 예를 단면도에 의해 나타내고 있다. 이 토출 헤드(10)의 캐비티(14)는, 양측의 벽이 좁혀진 상태로 성형되어 있으며, 피에조 소자(6)가 부착된 평탄한 외면(24b)의 제 1의 벽(24a)에 대향한(반대측의) 위치에, 반대측의 평탄한 외면(24d)을 구비한 제 2의 벽(24c)을 구비하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 제 2의 벽(24c)의 외측의 면(24d)에 제 1의 벽(24a)에 부착된 피에조 소자(제 1의 피에조 소자)(6)와는 독립해서 구동되는 제 2의 피에조 소자(8)가, 제 1의 피에조 소자(6)와 Y방향으로 대치하지 않도록 위치를 어긋나게 하여 부착되어 있다. 제 1의 피에조 소자(6)와, 제 2의 피에조 소자(8)에는, 구동장치(2)로부터 타이밍, 펄스 폭, 펄스 높이 등이 다른 구동 펄스(2p1 및 2p2)를 각각 공급하는 것이 가능하다.
예컨대, 타이밍이 다른 구동 펄스(2p1 및 2p2)를 공급하거나, 구동 펄스(2p1및 2p2)에 의해 피에조 소자(6 및 8)가 변형(변위)되는 시간을 변경하거나 함으로써, 토출 헤드(10)의 내부에 유지되는 액상체(50)를 매체(매질)로서 캐비티(14)로부터 노즐 개구(11)를 향해서 전파하는 진행파를 만들 수 있다. 따라서, 이 진행파에 의해, 도 18에 나타낸 바와 같이, 제 2의 영역(32)에 존재하는 입상체(51)를 제 1의 영역(31), 나아가 노즐 개구(11)를 향해서 이동시킬 수 있다. 한편, 제 1의 피에조 소자(6)와 제 2의 피에조 소자(8)는, 제 1의 벽(24a)과 제 2의 벽(24c)으로 나누어 Y방향으로 대치하도록 부착하여도 좋고, 제 1의 벽(24a) 또는 제 2의 벽(24c)의 어느 일방에 길이 방향(9z)의 위치를 어긋나게 하여 부착하여도 좋다.
한편, 도 18에 나타낸 바와 같이, 검출부(12)의 내부의 영역(31~33)은, 노즐 개구(11)로부터 캐비티(14)를 향해서 방사상(放射狀)(활(弓)형)으로 분리되어 있어도 좋다. 이들의 영역(31~33)은, 노즐 개구(11)로부터 캐비티(14)를 향해서 볼록형상의 경계가 되도록 설정되어 있지만, 캐비티(14)로부터 노즐 개구(11)를 향해서 볼록형상의 경계가 되도록 설정하는 것도 가능하다. 이들의 경계(31~33)의 형상은, 푸시히트 방식이나 풀히트 방식 등의 토출방식이나, 검출부(12) 및 노즐 개구(11)의 형상 등의 조건에 의해 적당히 변경할 수 있다.
한편, 입상체(51) 및 액상체(50)를 토출하는 타겟으로서는, 예컨대, 마이크로 플레이트(웰 마이크로 플레이트), 유리 기판, 시험관, 샬레 등의 공지의 시험·검사기구나, 다수의 ＤＮＡ 단편을 플라스틱이나 유리 등의 기판 위에 고밀도로 배치한 ＤＮＡ 마이크로 어레이(ＤＮＡ 칩) 등의 분석 기구도 본 발명의 범위에 포함된다.
상기에서는, 액추에이터로서 피에조 소자를 사용한 예를 설명하고 있지만, 캐비티의 내압을 변동시키는 액추에이터는, 열에 의해 캐비티 내에 기포를 발생시키는 히터라도 좋다. 기계적인 힘에 의해 캐비티 내의 압력을 변화시킬 수 있는 피에조 소자는 액상체 및 그것에 포함되는 입상체에 열적인 영향을 주기 어려우므로, 액추에이터로서 적합한 것이다. 더욱이, 상기에서는, 푸시히트 방식의 구동 펄스에 의해 액추에이터를 구동하고 있지만, 풀히트 방식이어도 좋다. 푸시히트 방식 쪽이, 노즐 개구의 메니스커스를 검출부까지 끌어들이는 것을 억제할 수 있어, 검출부의 상태를 안정시키기 쉽다. 이 때문에, 소정의 조건에 합치된 입상체를 포함하는 액상체를 토출할 때에, 예기하지 않는 개수의 입상체가 포함되는 것 등에 의해 토출 정밀도가 저하하는 것을 억제할 수 있다.

Claims (25)

  1. 액추에이터에 의해 캐비티의 내압을 변동시켜, 상기 캐비티에 연통된 노즐 개구로부터 액상체를 타겟을 향하여 공중에 토출하는 토출 헤드를 가지는 토출장치로서,
    상기 토출 헤드는, 상기 캐비티 및 상기 노즐 개구의 사이에 설치된 투광성의 검출부를 포함하고, 상기 검출부는, 다음에 상기 노즐 개구로부터 토출되는 상기 액상체를 유지하는 상기 노즐 개구에 연결되는 부분을 포함하며,
    상기 검출부의 상기 액상체에 포함되는 입상체를, 광을 통하여 화상 인식하는 촬상부를 포함하는 검출장치로서, 상기 노즐 개구에 형성된 상기 액상체의 메니스커스의 진동을 감쇠시킨 토출 직전의 상태의, 상기 노즐 개구에 연결되는 부분의, 상기 다음에 노즐 개구로부터 토출되는 액상체에 포함되는 상기 입상체의 개수를 검출하는 검출장치와,
    상기 검출장치의 검출 결과에 따라서 상기 액추에이터를 구동해서 상기 캐비티에 상기 액상체를 토출시키지 않는 범위의 압력 또는 상기 액상체를 상기 공중에 토출시키는 범위의 압력을 부여함으로써, 상기 노즐 개구에 연결되는 부분의, 상기 다음에 노즐 개구로부터 토출되는 액상체에 포함되는 상기 입상체의 개수를 소정의 조건으로 변화시키는 제어장치를 더 가지는, 토출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 토출 헤드의 상기 캐비티로부터 상기 노즐 개구에 이르는 유로의 단면이 제 1의 방향으로 연장된 편평한 원형상의 편평부로서, 상기 입상체를 상기 제 1의 방향으로 분산시키는 편평부를 포함하는, 토출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노즐 개구는 제 1의 방향으로 편평하게 성형되어 있는, 토출장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 검출 결과에 따라서 상기 액상체의 토출처를 변경하는 기능을 포함하는, 토출장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 토출처를 변경하는 기능은, 상기 액상체를 폐기하는 기능을 포함하는, 토출장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 노즐 개구에 연결되는 제 1의 영역과, 상기 제 1의 영역에 이어지는 제 2의 영역을 포함하고,
    상기 검출장치는, 상기 검출부의 상기 제 1의 영역의 개수 및 상기 제 2의 영역의 개수를 각각 취득하며,
    상기 제어장치는, 상기 제 1의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위 외일 때, 또는 상기 제 2의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위 외일 때에 상기 검출부의 상기 액상체에 포함되는 상기 입상체의 개수를 변화시키는, 토출장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 피에조 소자이며,
    상기 제어장치는, 상기 액상체를 토출할 때에 상기 피에조 소자에 푸시히트 방식(push hit system)의 구동 펄스를 공급하는 기구를 포함하는, 토출장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    상기 편평부의 내부의 상기 제 1의 방향과 직교하는 제 2의 방향의 최대 높이(h)와, 상기 입상체의 평균 입자직경(r)이,
    1.2≤h/r≤100.0
    의 조건을 충족시키는, 토출장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 최대 높이(h)와, 상기 노즐 개구의 내경(d)이,
    0.5≤h/d≤20.0
    의 조건을 충족시키는, 토출장치.
  14. 제1항 내지 제3항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는, 대향하여 배치된 평탄한 제 1의 측벽 및 제 2의 측벽을 포함하는, 토출장치.
  15. 제1항 내지 제3항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액상체를 유지하고, 일부가, 외측에 부착되는 액추에이터에 의해 내압이 변동하는 상기 캐비티가 되도록 성형된 관상부재로서, 일방의 단부에 상기 노즐 개구가 설치된 관상부재를 가지며,
    상기 관상부재의 상기 캐비티 및 상기 노즐 개구의 사이에 상기 검출부가 설치되어 있는, 토출장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 관상부재의 일부가, 외측으로부터 눌러 찌그러뜨려지도록 성형된 부분인, 토출장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 관상부재는, 투광성을 구비한 유리관, 수지관 및 세라믹스관의 어느 하나인, 토출장치.
  18. 토출장치에 의해 입상체를 포함하는 액상체를 타겟에 토출하는 방법으로서,
    상기 토출장치는, 액추에이터에 의해 캐비티의 내압을 변동시켜, 상기 캐비티에 연통된 노즐 개구로부터 상기 액상체를 상기 타겟을 향하여 공중에 토출하는 토출 헤드와, 상기 액추에이터를 제어하는 제어장치와, 상기 캐비티와 상기 노즐 개구의 사이에 설치된 투광성의 검출부의, 다음에 상기 노즐 개구로부터 토출되는 상기 액상체를 유지하는 상기 노즐 개구에 연결되는 부분의 상기 액상체에 포함되는 입상체를, 광을 통하여 화상 인식하는 촬상부를 포함하는 검출장치를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 제어장치가, 상기 검출장치에 의해, 상기 노즐 개구에 형성된 상기 액상체의 메니스커스의 진동을 감쇠시킨 토출 직전의 상태의, 상기 노즐 개구에 연결되는 부분의, 상기 다음에 노즐 개구로부터 토출되는 액상체에 포함되는 상기 입상체의 개수를 포함하는 검출 결과를 취득하는 단계와,
    상기 검출 결과에 의해 상기 액추에이터를 구동해서 상기 캐비티에 상기 액상체를 토출시키지 않는 범위의 압력 또는 상기 액상체를 상기 공중에 토출시키는 범위의 압력을 부여함으로써, 상기 노즐 개구에 연결되는 부분의, 상기 다음에 노즐 개구로부터 토출되는 상기 액상체에 포함되는 상기 입상체의 개수를 소정의 조건으로 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 개수를 소정의 조건으로 변화시키는 단계는, 상기 검출 결과에 따라서 상기 액상체의 토출처를 변경하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 토출처를 변경하는 것은, 상기 액상체를 폐기하는 것을 포함하는, 방법.
  22. 제18항, 제20항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 결과를 취득하는 단계는, 상기 검출부에 상기 노즐 개구에 연결되는 제 1의 영역과 상기 제 1의 영역에 이어지는 제 2의 영역을 설정하고, 상기 제 1의 영역의 상기 검출 결과 및 상기 제 2의 영역의 상기 검출 결과를 각각 취득하는 것을 포함하고,
    상기 개수를 소정의 조건으로 변화시키는 단계는, 상기 제 1의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위 외일 때, 또는 상기 제 2의 영역의 검출 결과가 소정의 조건의 범위 외일 때에 상기 검출부의 상기 액상체에 포함되는 상기 입상체의 개수를 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
  23. 제18항, 제20항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 피에조 소자이며,
    상기 방법은,
    상기 제어장치가 상기 액상체를 토출할 때에 상기 피에조 소자에 푸시히트 방식의 구동 펄스를 공급하는 것을 포함하는, 방법.
  24. 제18항, 제20항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 1회당,
    0.0001≤D×q≤3.0
    (단, D는 상기 액상체의 단위체적당에 포함되는 상기 입상체의 개수를 나타냄)
    의 조건을 충족시키는 체적(q)의 상기 액상체를 상기 노즐 개구로부터 토출하는 것을 포함하는, 방법.
  25. 제18항, 제20항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토출장치는, 상기 노즐 개구로부터 토출되는 액적을 촬상하여 화상 해석하는 장치를 포함하고,
    상기 방법은, 상기 화상 해석하는 장치가 상기 노즐 개구로부터 토출된 액적에 상기 입상체가 포함되는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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