(57)【要約】【課題】安定した吐出が可能な液吐出ヘッドの提供。【解決手段】吐出口と、前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、を有する液吐出ヘッドである。【選択図】図１Ａ
2020137425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口と、
前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、
前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、
前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、
前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、
を有することを特徴とする液吐出ヘッド。
【請求項２】
前記切替部が、三方弁である請求項１に記載の液吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液保持部が保持する前記液を前記吐出口から吐出させる振動部材を更に有する請求項１から２のいずれかに記載の液吐出ヘッド。
【請求項４】
前記液保持部内の液量を検出する液量検出部を更に有する請求項１から３のいずれかに記載の液吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の液吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液滴形成装置を有することを特徴とする分注装置。
【請求項７】
液滴を形成可能な液滴形成方法であって、
請求項１から４のいずれかに記載の液吐出ヘッドを用いて、
前記液を貯留する前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部により、前記液を前記液貯留部と前記液保持部とのそれぞれに送液する工程と、
前記一対の切替部により、前記液貯留部を切り替える工程と、
を含むことを特徴とする液滴形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液吐出ヘッド、液滴形成装置、液滴形成方法、及び分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、幹細胞技術の進展に伴い、細胞懸濁液を吐出して組織体を形成する技術開発が行われている。この技術分野においては、細胞懸濁液を吐出する際に細胞にダメージを与えないように吐出できるインクジェット方式を採用した液吐出装置が開発されている。
【０００３】
例えば、中央に吐出口が形成された膜状部材を、膜状部材下面の周縁部にリング状に配置された圧電素子により変形させ、膜状部材の上面に収容されている液の液圧を利用して、液を吐出口から吐出する液滴吐出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、安定した吐出が可能な液吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段としての本発明の液吐出ヘッドは、吐出口と、前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、安定した吐出が可能な液吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａは、液吐出ヘッドの一例を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、液吐出ヘッドの動作の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、液吐出ヘッドの液保持部内の溶液の液面高さを検出する液面検出手段の一例を示す概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一対の送液部を用いた液保持部内の液の撹拌動作の一例を示す説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一対の送液部を用いた液保持部内の液の撹拌動作の一例を示す説明図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一対の送液部を用いた液保持部内の液の撹拌動作の一例を示す説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、一対の送液部が交互に動作する様子の一例を示す説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一対の送液部が交互に動作する様子の一例を示す説明図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、一対の送液部が交互に動作する様子の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、一対の送液部が交互に動作する際の液保持部の液面高さの推移の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、本発明の液吐出装置の一例を示す平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の液吐出ヘッドにおける切替部の動作の一例を示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の液吐出ヘッドにおける切替部の動作の一例を示す模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の液吐出ヘッドにおける切替部の動作の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（液吐出ヘッド）
本発明の液吐出ヘッドは、吐出口と、前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、を有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
【０００９】
本発明者らは、安定した吐出が可能な液吐出ヘッドについて検討したところ、以下の知見を得た。
従来の液吐出装置では、前記液として細胞懸濁液を吐出する場合、前記細胞懸濁液を吐出するにつれて液量が減少することにより、吐出口にかかる液圧が低くなるため吐出量が少なくなるという問題がある。
【００１０】
具体的には、従来の液吐出装置では、液収容容器の内部に発生する気泡を除去するために、液収容容器の上方を大気開放しているため、膜状部材における吐出口にかかる液圧（静圧）は膜状部材から細胞懸濁液の液面までの高さ、所謂水頭に依存する。そのため、液滴を吐出するための駆動力は、膜状部材を駆動させる圧電素子の収縮応力（振動）による動圧と、水頭による静圧との組合せによって決まる。このため、従来の液吐出装置では、液滴の連続的な吐出で液収容容器内の細胞懸濁液の液量が減少し、水頭が低下すると、液滴を吐出するための駆動力が低下して液滴が吐出できなくなる「不吐出」が発生する場合があるという問題がある。
また、従来の液吐出装置では、細胞懸濁液を静置すると沈殿した細胞が吐出口に詰まりやすくなり、「不吐出」が発生する場合があるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明者らは、吐出口と、吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、液保持部に液を流通可能にそれぞれ接続され、液を貯留する一対の液貯留部と、一対の液貯留部にそれぞれ接続され、液貯留部と液保持部との間で液を送液する一対の送液部と、送液部と液貯留部との間にそれぞれ配置され、液を送液する液貯留部を切り替える一対の切替部と、を有する液吐出ヘッドとすることにより、液量が減少した液保持部内へ、選択的にかつ確実に送液することを可能にした。このため、液保持部内の液面高さを一定にしやすくなり、吐出を安定させることができることを見出した。
【００１２】
なお、本発明は、細胞懸濁液の場合に限らず、インクに含まれる顔料が重い白色インクや印刷物にメタリック感を表現するため微小な金属片を含むインクなどの場合に、顔料や金属片が沈降しないように液保持部内のインクを撹拌するために用いてもよい。
【００１３】
なお、説明の便宜上、振動部材を基準にして、振動部材の液保持部側を上側、振動部材のノズルプレート側を下側とし、各部の上側を上面、下側を下面とする。
【００１４】
＜液保持部＞
液保持部は、液体を保持する部材である。
液保持部は、吐出口を有するノズルプレートを有し、更に振動部材を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の部材を有することがより好ましい。
液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、大気開放部を上部側に有していることが好ましい。なお、大気開放部の位置は上部に限定されない。液体中に混入した気泡は大気開放部から排出可能に構成されている。
【００１５】
液保持部の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
液保持部の材質としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム等や、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
これらの中でも、液中に粒子を含み、その粒子として細胞やタンパク質を用いる際には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。
細胞の付着性は一般的に材質の水との接触角に依存性があると言われており、材質の親水性が高い又は疎水性が高いときには細胞の付着性が低い。親水性の高い材料としては各種金属材料やセラミックス（金属酸化物）を用いることが可能であり、疎水性が高い材料としてはフッ素樹脂等を用いることが可能である。
これら以外にも、材料表面をコーティングすることで細胞接着性を低下させることも考えられる。例えば、材料表面を前述の金属又は金属酸化物材料でコーティングすることや、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマー（例えば、日油株式会社製、Ｌｉｐｉｄｕｒｅ）によってコーティングすることが可能である。
液保持部の容積としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１μＬ以上１ｍＬ以下などが挙げられる。特に、液として、細胞懸濁液のような高価な液を使用する場合には、少量で液滴を形成できるようにするために、液保持部の容積が１μＬ以上２００μＬ以下であることが好ましい。
【００１６】
液保持部が保持する液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、有機溶媒、細胞懸濁液などが挙げられる。有機溶媒としては、例えば、アルコール、鉱物油、植物油などが挙げられる。
液として、水を用いる場合には、蒸発を抑えるための湿潤剤や、表面張力を下げるための界面活性剤などの添加剤を含有することが好ましい。液に含有する添加剤としては、インクジェットインクに用いられるごく一般的な材料を用いることができる。
液保持部が保持する液が含有する粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属微粒子、無機微粒子、細胞などが挙げられる。
金属微粒子の材料としては、特に制限はなく、例えば、銀、銅などが挙げられる。金属微粒子の材料が、銀や銅であると、これらは吐出した液滴によって配線を描画する用途に用いることができる。
無機微粒子の材料としては、特に制限はなく、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素などが挙げられる。無機微粒子の材料が、酸化チタンや酸化ケイ素であると、白インクの用途やスペーサ材料の塗布用途などに用いることができる。
細胞としては、特に制限はなく、例えば、動物細胞、植物細胞、細菌などが挙げられる。細胞が、動物細胞、特にヒト由来の細胞が好ましい。細胞がヒト由来の細胞であると、薬剤試験用の細胞プレート、化粧品の評価用組織片を形成するための細胞吐出用の装置に用いることができる。
【００１７】
−ノズルプレート−
ノズルプレートは、吐出口（ノズル）が形成され、液保持部に保持された液体をその振幅運動による振動により吐出口から液滴として吐出する部材である。
ノズルプレートは、液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、液保持部の下端部に固定されている。
ノズルプレートは、液吐出ヘッドがクローズヘッドの場合には、液保持部の上端部に固定されている。
液保持部に保持された液体は、ノズルプレートの振動により貫通孔である吐出口から液滴として吐出される。
【００１８】
ノズルプレートの平面形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ノズルプレートの平面形状としては、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形などが挙げられる。
ノズルプレートの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、柔らかすぎるとノズルプレートが簡単に振動し、吐出しないときに直ちに振動を抑えることが困難であるため、ある程度の硬さを有する材質を用いることが好ましく、例えば、金属、セラミックス、高分子材料などが挙げられ、具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。これらの中でも、液保持部と同様に、粒子として細胞やタンパク質を用いる場合には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。細胞の付着性は、一般的に材質の水との接触角に依存性があると考えられており、材質の親水性又は疎水性が高いときには、細胞の付着性が低い。親水性の高い材質としては、例えば、金属やセラミック（金属酸化物）などが挙げられる。疎水性が高い材質としては、例えば、フッ素樹脂などが挙げられる。また、材料表面をコーティングすることにより細胞接着性を低下させることもできる。材料表面をコーティングする方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、材料表面を前述の金属又はセラミック（金属酸化物）でコーティングすることや、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマー（例えば、日油株式会社製、商品名：Ｌｉｐｉｄｕｒｅ）によってコーティングすることなどが挙げられる。
【００１９】
−吐出口−
吐出口としては、その配列数、配列態様、間隔（ピッチ）、開口形状、開口の大きさなどについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
吐出口の配列数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、液滴吐出手段の吐出面の長さ方向に沿って１列以上配設されていることが好ましく、１列以上４列以下がより好ましい。吐出口を１列以上設けることにより、単位時間当りの吐出する液滴数を増加させることができると共に、粒子の種類（例えば、細胞の種類など）に応じて列を変えて一度に吐出することができる。
１列当たりの吐出口の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択されるが、２個以上１００個以下が好ましく、２個以上５０個以下がより好ましく、２個以上１２個以下が更に好ましい。１列当たりの吐出口の数が２個以上１００個以下であると、単位時間当りに吐出する液滴数を増加させることができるため、高い生産性を有する液滴形成装置を提供することができる。
吐出口の配列態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、規則配列（例えば、千鳥格子配列など）であっても、不規則配列であってもよい。
吐出口が、複数列である場合には、隣接する吐出口から吐出される液滴同士の干渉を防止でき、粒子の検出感度を向上させるため、各列の間に仕切り部材を設けることが好ましい。仕切り部材としては、例えば、仕切り板などが挙げられる。
吐出口は、等間隔に並んで配列されていることが好ましく、隣接する吐出口の中心間の最短距離である間隔（ピッチ）Ｐとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、５０μｍ以上１,０００μｍ以下が好ましい。
吐出口の開口形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円形、楕円形、四角形などが挙げられる。
吐出口の平均径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粒子が吐出口に詰まることを避けるため、粒子の大きさの２倍以上とすることが好ましい。
粒子が、例えば、動物細胞、特にヒトの細胞である場合、ヒトの細胞の大きさは、一般的に、５μｍ以上５０μｍ以下であるため、吐出口の平均径は、使用する細胞に合わせて、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
一方で、液滴が大きくなり過ぎると、微小液滴を形成するという目的の達成が困難となるため、吐出口の平均径は、２００μｍ以下であることが好ましい。したがって、吐出口の平均径は、１０μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
【００２０】
−振動部材−
振動部材は、ノズルプレートを振動させて吐出口（ノズル）から液滴を吐出させる部材である。振動部材は、変位部と称することもある。
振動部材は、液滴吐出手段がオープンヘッドである場合には、ノズルプレートの下面側に形成されている。
振動部材は、液滴吐出手段がクローズヘッドである場合には、ノズルプレートの上面側に形成されている。
振動部材の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
振動部材の形状としては、特に制限はなく、ノズルプレートの形状に合わせて適宜設計することができるが、例えば、ノズルプレートの平面形状が円形である場合には、クローズヘッドの場合には、円形の振動部材を設けることが好ましい。また、オープンヘッドの場合には、吐出口の周囲に平面形状が円環状（リング状）の振動部材を形成することが好ましい。
【００２１】
振動部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、圧電素子、ノズルプレートとは線膨張係数が異なる材料などが挙げられる。
【００２２】
圧電素子としては、例えば、圧電材料の上面及び下面に電圧を印加するための電極を設けた構造などが挙げられる。この場合、駆動手段から圧電素子の上下電極間に電圧を印加することによって膜の面横方向に圧縮応力が加わり、ノズルプレートを膜の面上下方向に振動させることができる。
圧電材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、又はこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたものなどが挙げられる。これらの中でも、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。
【００２３】
ノズルプレートとは線膨張係数が異なる材料は、ノズルプレート上に当該材料を貼付け、当該材料を加熱することによって、線膨張係数の差を利用してノズルプレートを振動させる材料である。
ノズルプレートとは線膨張係数が異なる材料を加熱する手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヒータなどが挙げられる。
【００２４】
振動部材は、駆動部により駆動される。駆動部はノズルプレートを振動させて液滴を形成する吐出波形（吐出信号）を振動部材に付与する。つまり、駆動部は、吐出波形を振動部材に加え、ノズルプレートの振動状態を制御することにより、液保持部に保持された溶液を吐出口から液滴として吐出させることができる。
【００２５】
＜一対の液貯留部＞
一対の液貯留部は、液保持部に液を流通可能にそれぞれ接続され、液を貯留する部材である。即ち、液貯留部は、液を一時的に貯留する部材である。
液貯留部の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
液貯留部の形状としては、例えば、チューブ状、管状などが挙げられる。
液貯留部の材質としては、例えば、樹脂、ゴム、エラストマー、金属などが挙げられる。これらの中でも、樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、シリコーンゴム、ナイロン、ウレタンなどが挙げられる。
【００２６】
液貯留部は、交換可能であることが好ましい。液貯留部が交換可能であると、吐出対象の種類を変更する際に、液貯留部のみの交換で対応が可能である。
液貯留部の容積は、変更可能であることが好ましい。液貯留部の容積は、変更可能であると、吐出対象の種類や液保持部の容積変化によって変化する吐出対象を撹拌するために必要な吸引排出量を調整することができ、液貯留部の内径、長さ、形状などを調整することにより変更することができる。
液貯留部の容積は、例えば、液貯留部の内径Ａと長さＢとから、次式、容積＝（Ａ／２）２π×Ｂ、により算出することができる。
液貯留部の容積は、同じであることが、液面高さを一定に保持するために液吸引量と排出量を同一にした際に、不要な液貯留部を生じない点から好ましい。
【００２７】
液貯留部は、液保持部に連通し吐出口（又はノズルプレート）に対して傾斜配置されることが好ましい。即ち、吐出口を通る中心軸に対して傾いて配置されていることが好ましい。
液貯留部の傾斜角度は、吐出口（又はノズルプレート）に対して、４５°以上８０°以下であることが好ましい。液貯留部の傾斜角度が、４５°以上８０°以下であることにより、液保持部内に上昇流を発生させ、液保持部の底部に堆積した粒子を分散させることができる。
液貯留部は、吐出口を通る中心軸に対して対称に配置されていることが、液保持部内の粒子の分布を均一にする点から好ましい。
液貯留部の中心軸線がそれぞれ同一平面とならないことが、液保持部の内壁付近の粒子も分散させることが可能となる点から好ましい。
液貯留部は、予め所定量の液を保持していることが好ましい。液貯留部が予め所定量の液を保持していることにより、液保持部に供給する液を迅速に供給することができる点から好ましい。
所定量の液における「所定量」とは、吐出口から吐出される液量以上の量を意味する。
【００２８】
＜一対の送液部＞
一対の送液部は、液保持部内の液を吸引及び排出する部材である。
送液部の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
送液部としては、例えば、シリンジタイプ、プランジャータイプの電動ポンプ等の定量の液量を吸引、保持、排出可能なポンプなどが挙げられる。
【００２９】
一対の送液部は、複数の送液量に切替え可能であることが、吐出対象の種類や液保持部の容積を変化させた際、吐出対象を十分撹拌するために必要な吸引排出量に切り替えることができる点から好ましい。
一対の送液部の送液量とは同じであることが、撹拌時に液保持部内の液量を変化させず、液面高さを一定に保持することができる点から好ましい。
ここで、送液量としては、例えば、吸引液量、排出液量などが挙げられ、最も多い吸引液量を最大吸引液量、最も多い排出液量を最大排出液量という。
本発明においては、送液部における各最大吸引液量が、それぞれ液貯留部の容積未満である。これにより、液保持部内で撹拌している液が送液部内まで進入しないように調整できるので、吐出対象の種類を変更するごとに、送液部内の洗浄又は、送液部の交換が必要なくなる。
【００３０】
また、一対の送液部のいずれか一方の送液部の吸引動作に同期させて、他方の送液部が排出動作を行うことが好ましい。これにより、液吐出ヘッドは、液保持部内の溶液に含まれる粒子の均一分散状態を維持しながら吐出動作を実施しても、吐出口（又はノズルプレート）からの液面高さが変化せず、吐出口（又はノズルプレート）にかかる静圧力が一定であるため、液滴の落下速度が変化することなく、一定の落下速度かつ一定の含有される粒子濃度の液滴を吐出することが可能となる。
一対の送液部は、複数の送液速度に切替え可能であることが好ましい。
ここで、送液速度としては、例えば、吸引速度、排出速度などが挙げられる。
【００３１】
一対の送液部のいずれかの液吸引動作を液吐出ヘッドの吐出動作中に実施することが好ましい。一対の送液部のいずれかの液吸引動作を液吐出ヘッドの吐出動作中に実施することにより、「吐出を停止させることによる生産性の低下」及び「吐出口の乾燥」を防止することができる。
【００３２】
＜一対の切替部＞
一対の切替部は、送液部と液貯留部との間にそれぞれ配置され、液を送液する液貯留部を切り替える部材である。
切替部としては、形状、大きさ、材質、及び構造については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
切替部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、仕切弁や、三方弁、四方弁、五方弁などの多方弁などが挙げられる。これらの中でも、多方弁が好ましい。切替部が、多方弁であると、送液部と一対の液貯留部との間にある分岐点毎に１つの切替部を設けるだけで複数の液貯留部に対する送液を制御することができる。
本発明の液吐出ヘッドに切替部を設けることにより、液補給が必要な液貯留部のみに対して液を補給することができる。また、切替部を設けることにより、複雑な設計が不要になり、省スペースで安価な構成のヘッドとすることができる。
【００３３】
＜その他の部＞
その他の部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液量検出部、制御部などが挙げられる。
【００３４】
＜＜液量検出部＞＞
液量検出部は、液保持部内の液量を検出する部材である。
液量検出部を設けることにより、液保持部内の液量を検出することにより、吐出だけでなく揮発による液量の変化を検出可能である点から好ましい。また、液量検出部による液量の検出結果に基づいて一対の切替部を制御するようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量を一定にすることができるため、より確実に吐出を安定させることができる。
液量検出部としては、例えば、吐出された液滴の滴数をカウントするセンサ、液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出する画像センサ、発光素子及びポジションセンサによるもの、光電センサによる水検知センサなどが挙げられる。
また、液吐出ヘッドの液保持部の少なくとも液面検出範囲については透明になっていることが好ましい。
液滴の滴数をカウントするセンサとしては、例えば、マイコンを備えたコントローラ内の吐出信号出力カウンターなどが挙げられる。
液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサとしては、例えば、カメラ、静電容量式の液量検知センサ、液体が不透明な場合には上方からのレーザー変位計などが挙げられる。
【００３５】
本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液が粒子を含有する場合には、液貯留部内の液を液保持部内へ送液することにより、液保持部内の液を撹拌することで、粒子を再分散させ、粒子を吐出口に詰まりにくくさせることができ、吐出を安定させることができる。
【００３６】
また、本発明の液吐出ヘッドは、一対の送液部が、一方の液貯留部で貯留されている液を液保持部に移送させるとともに、液保持部から他方の液貯留部に液を移送させるようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量を調節して液面高さを一定にすることができるため、吐出を安定させることができる。
【００３７】
また、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液面高さが一定になるように、一対の液移送部及び一対の切替部の少なくともいずれかを制御する制御部を更に有するようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、吐出を安定させることができる。
【００３８】
また、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部を複数備えている場合には、少なくともいずれかの液保持部で移送させる液の量を、他の液保持部で移送させる液の量と異なるように制御を行うようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、いずれかの液保持部内の液の種類が異なり、必要な撹拌力が異なる場合であっても、液の種類によって適切な撹拌を行うことができるため、吐出を安定させることができる。
【００３９】
また、本発明の液吐出ヘッドは、液貯留部における液の流量を検出する流量検出部を更に有するようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、流量検出部の検出結果に基づき、一対の送液部及び一対の切替部の少なくともいずれかを制御することにより、より確実に吐出を安定させることができる。
【００４０】
また、本発明の液吐出ヘッドは、一対の液貯留部の少なくともいずれかに液が予め貯留されているようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量が所定の値より少ない場合には、一対の液貯留部の少なくともいずれかから液保持部に液を速やかに送液（供給）することができる。
【００４１】
また、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量が所定の値より少ない場合には、一対の液貯留部の少なくともいずれかから液保持部に液を送液させる制御を行うようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部に液を速やかに送液（供給）することができる。
【００４２】
また、本発明の液吐出ヘッドは、切替部よりも送液部側に液が移送されないようにする制御を行ってもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部を複数有し、その複数の液保持部に保持されている液の種類が異なる場合であっても、異なる液が混ざり合わないようにすることができる。
【００４３】
＜＜制御部＞＞
制御部は、液保持部が保持する液の液面高さが一定になるように、一対の送液部、及び、一対の切替部を制御する。
制御部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、メインメモリなどを有し、液吐出ヘッド全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
【００４４】
ここで、本発明の液吐出ヘッドの実施形態について、図面を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の液吐出ヘッドは、これらの態様に限定されるものではない。なお、各図面において、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は以下の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
【００４５】
図１Ａは、本発明の液吐出ヘッドの一例を示す模式図であり、図１Ｂは、本発明の液吐出ヘッドの動作の一例を示す模式図である。
図１Ａに示すように、液吐出ヘッド１００は、ノズルプレート１０１と、振動部材１１１と、液保持部１２１と、液貯留部１３１及び１３２と、送液部１４１及び１４２と、図示しない切替部とを有している。
【００４６】
なお、本実施形態では、説明の便宜上、振動部材１１１を基準にして、振動部材１１１の液保持部１２１側を上側、振動部材１１１のノズルプレート１０１側を下側とし、各部の上側を上面、下側を下面とする。
また、「平面視」とは、対象物を上面又は下面から視ることを意味し、「平面形状」とは対象物の上面又は下面から視た形状を意味する。
【００４７】
図１Ａに示すように、ノズルプレート１０１には、液保持部１２１に保持されている粒子１２４を含有する液１２３を吐出する吐出口１０２が設けられている。また、振動部材１１１には、振動部材１１１を駆動する駆動部１１２と、駆動部１１２を制御する制御部１１３が備えられている。
【００４８】
液保持部１２１は、粒子１２４を含有する（粒子１２４が分散された）液１２３を保持する。言い換えると、液保持部１２１は、吐出口１０２から吐出する液を保持する。
液保持部１２１は、上面が大気に開放された大気開放部１２２を有しており、液１２３中に混入した気体を大気に放出することができる。液保持部１２１は、後述する液貯留部１３１及び１３２の少なくともいずれかと液１２３を流通可能に接続されている。
【００４９】
ノズルプレート１０１は、振動部材１１１を介して液保持部１２１の下端部に固定されている。
ノズルプレート１０１における液保持部１２１の略中心の部位には、貫通孔である吐出口（ノズル）１０２が形成されている。液保持部１２１に保持された液１２３は、ノズルプレート１０１の振動によりノズル１０２から液滴として吐出される。
【００５０】
振動部材１１１は、ノズルプレート１０１の上面側に形成されている。すなわち、振動部材１１１は、吐出口１０２から吐出させる液１２３を保持する液保持部１２１側に配置されている。
【００５１】
駆動部１１２は、振動部材１１１を駆動する。駆動部１１２は、ノズルプレート１０１を振動させて液滴を形成する吐出波形（吐出信号）を振動部材１１１に付与することができる。
つまり、駆動部１１２は、吐出波形を振動部材１１１に加え、ノズルプレート１０１の振動状態を制御することにより、液保持部１２１に保持された液１２３をノズル１０２から液滴として吐出させることができる。
【００５２】
一対の送液部１４１及び１４２は、液貯留部１３１及び１３２にそれぞれ接続され、液貯留部１３１及び１３２と液保持部１２１との間で、液保持部内の液１２３を吸引及び排出する部材である。
送液部１４１及び１４２による液１２３の送液としては、液貯留部１３１又は１３２の一方の液貯留部で貯留されている液１２３を液保持部１２１に流出させるとともに、一方の液貯留部から液保持部１２１に流出させた流量の液１２３を、液保持部１２１から他方の液貯留部に流入させることにより行われることが好ましい。これにより、液保持部１２１に保持する液１２３の液面高さを一定にすることができる。このため、本実施形態のように、液保持部１２１に収容する液１２３によって吐出口１０２にかかる液圧（静圧）と、吐出口１０２を変位させる動き（動圧）とにより液１２３を吐出する液吐出ヘッド１００においては、液圧を一定にすることにより、吐出を安定させることができる。
液保持部１２１に保持される液１２３の液量が所定の値より少ない場合には、送液部は、流路の少なくともいずれかから液保持部１２１に液１２３を流入させることが好ましい。これにより、液吐出ヘッド１００は、液保持部１２１に液１２３を供給することができるため、液圧を一定にして吐出を安定させることができる。
【００５３】
液貯留部１３１及び１３２は、液保持部１２１に液１２３をそれぞれ流通可能にそれぞれ接続され、液１２３を一時的に貯留することができる。
また、液貯留部１３１及び１３２は交換可能であり、内径や長さを調整することにより容量を変更可能である。これらの２本の流路は、ノズル１０２（ノズルプレート１０１）に対して傾斜配置されている。すなわち、ノズル１０２を通る中心軸に対して傾いて配置されている。
液貯留部１３１及び１３２の配置としては、連結部の中心軸の延長線がノズルプレート１０１と振動部材１１１により形成される隅部と一致、又は隅部よりもややノズル１０２側になるように配置するのが好適である。
【００５４】
切替部は、送液部１４１及び１４２と液貯留部１３１及び１３２との間に、それぞれ配置され、液貯留部１３１及び１３２を開閉する。切替部の詳細については、後述する。
【００５５】
制御部１１３は、液保持部１２１が保持する液１２３の液面高さが一定になるように、送液部１４１及び１４２、及び、切替部を制御する。
制御部１１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、メインメモリなどを有し、液吐出ヘッド１００全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
【００５６】
制御部１１３は、液保持部１２１が保持する液１２３の液面高さが一定になるように、送液部１４１及び１４２、及び、切替部１５１及び１５２を制御する。
制御部１１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、メインメモリなどを有し、液吐出装置全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
【００５７】
図１Ｂは、液吐出ヘッドにより液滴が形成される過程の一例を示す概略図である。図１Ｂでは、駆動部１１２から振動部材１１１に吐出波形を入力し、ノズルプレート１０１の振動によって液滴１２５を形成した状態を模式的に示している。
吐出波形に応じて振動部材１１１を介してノズルプレート１０１の振動部材１１１と接しない部分が振動を起こし、吐出口１０２部分が最も振幅が大きくなる。吐出口１０２の振動により液保持部１２１内の液１２３が液滴１２５として吐出される。
【００５８】
図２は、液吐出ヘッドの液保持部内の液量を検出する液量検出部としての液面高さを検出する液面検出部を配置した様子の一例を示す概略図である。
液面検出部１６１は常時、液保持部１２１内の液１２３の液面高さを検出し、その検出結果に基づいて、送液部１４１及び１４２をフィードバック制御する。
図２に示すように、液吐出ヘッド１００の液保持部１２１内の液面変化を常時検出することのできる液面検出部１６１として画像センサを設けて、液面が規定値からずれた際、その検出結果に基づき一対の送液部（ポンプ）の排出／吸引動作の切り替えを制御することで、液吐出ヘッド１００の液保持部１２１内の液量を一定に保ち、液面高さを維持することができる。
一対の送液部（ポンプ）の排出／吸引動作の切り替えを制御する際の液面高さの規定値は、上限値又は下限値、あるいはその両方を、制御部のＳＰモードなどにより外部から操作者が設定可能な構成としておくことも可能である。
また、液面検出部の検出結果の出力装置を備え、操作部に液面高さをデジタル表示可能な構成とすれば、操作者が常にヘッドの液保持部内の液面変化を確認することができる。
更に、ＬＥＤランプなどを備えることで、前記液面検出手段の検出結果の出力装置からの信号により、液面が規定値から外れた場合に発光表示させることも可能である。
【００５９】
通常、一対の送液部の一方が吸引動作を、もう一方が排出動作を同時に行い、それぞれの動作を同期させ、同一の液量の液を送液するように制御することにより、液保持部内の液面高さを一定に保ちながら液保持部内の液を撹拌している。
しかし、液吐出を継続することによって液保持部内の液量が減少、もしくは液保持部内の液の揮発による減少により液保持部内の液面高さは低下する。
そこで、吐出動作中に液面検知部により検出した液保持部内の液面高さの変化から減少した液量ΔＳを検出し、次の送液手段動作時に排出量よりも供給をΔＳ分多くなるように制御することで、減少した液量を供給することができるため、常に液面の位置を維持することができる。
【００６０】
図３Ａ〜図３Ｃは、送液部１を用いた液保持部内の液の撹拌動作の一例を示す説明図である。
より具体的には、図３Ａは、粒子１２４を含有する液１２３を液保持部１２１に入れ静置したときの様子の一例を示す説明図である。図３Ａにおいては、粒子１２４の自由沈降により、液保持部１２１の底部に粒子１２４が沈降し、堆積した状態となっている。この状態のまま、液滴吐出動作を行うと、吐出口１０２近傍に粒子１２４が凝集しているため、吐出口１０２内に凝集した粒子１２４が詰まってしまい液滴が形成されない、いわゆる不吐出という不具合が発生するおそれがある。
また、液滴が形成できたとしても、初期の液滴内には大量の粒子１２４が含まれた状態で吐出され、徐々に液滴内に含まれる粒子１２４の含有量は減少する。そのため、吐出口１０２上方の粒子１２４が吐出されてしまうと、上澄み液だけが吐出される状態となり、経時での液滴１２５内の粒子１２４の含有量に大きなばらつきが発生してしまうという不具合がある。
【００６１】
図３Ｂ及び図３Ｃは、送液部１４１及び１４２を用いた液保持部１２１に保持された液１２３の撹拌による粒子１２４の再分散過程の一例を示した説明図である。
まず、図３Ａに示すように、送液部１４１及び１４２のいずれか一方は、予め吸引動作を行い、流路内を負圧状態とすることで、液保持部１２１内の液１２３を一定量吸引し、保持する。本実施形態では、送液部１４１が吸引し、保持する例を示している。
【００６２】
図３Ｂは、送液部１４１が排出動作を実行し、送液部１４２が吸引動作を実行しているときの様子の一例を示す図である。
送液部１４１の排出動作により、液貯留部１３１内を正圧状態とし、吸引保持していた液１２３を液保持部１２１内に排出する。排出された液１２３は液貯留部１３１が液保持部１２１と連結する部分の中心軸と略平行な流れを形成し、ノズルプレート１０１と振動部材１１１により形成される隅部に堆積した粒子１２４を液保持部１２１の壁面に沿った上昇流により、液保持部１２１の上方に舞い上げる作用をする。
また、送液部１４２は吸引動作を行い、液貯留部１３２内を負圧状態とすることで、液保持部１２１内の液１２３を一定量吸引し、保持する。
【００６３】
続けて、図３Ｃに示すように、送液部１４２が排出動作をすることにより、液貯留部１３１内を正圧状態とし、吸引保持していた液１２３を液保持部１２１内に排出する。排出された液１２３は液保持部１２１内に再び上昇流が生じさせ、粒子１２４を液保持部１２１の上方に舞い上げる作用をする。
上記の動作を繰り返すことにより、少量の液量で液保持部１２１の底部に沈降した粒子１２４を再分散させることが可能である。再分散した状態で液滴形成動作をすることにより、粒子１２４の沈降による不吐出や、経時での吐出された液滴１２５に含まれる粒子１２４の含有濃度の変化を防止することが可能である。
【００６４】
液貯留部１３１と液貯留部１３２は、吐出口１０２を通る中心軸に対して片側に寄った配置とすると、液保持部１２１内の粒子１２４の分布が偏ってしまうため、対称配置であることが好ましい。
また、送液部１４１及び１４２の吸引速度、排出速度、吸引液量、及び排出液量は、液保持部１２１内の粒子１２４を均一分散させるためには、それぞれ送液部１４１及び１４２で同じ値であることが好ましい。
【００６５】
図４Ａ〜図４Ｃは、送液部が交互に動作する様子の一例を示す説明図である。
図４Ａにおいては、送液部１４１、送液部１４２は共に停止した状態で、送液部１４１と液保持部１２１を繋ぐ液貯留部１３１にあらかじめ液１２３が保持されている様子の一例を示している。
【００６６】
図４Ｂにおいては、送液部１４１が排出動作を実施し、液保持部１２１内の液１２３内に撹拌流を発生させ、液１２３に含まれる粒子１２４を再分散させたときの様子の一例を示している。このとき、送液部１４２は停止しているため、液貯留部１３１にあらかじめ吸引されていた液１２３が液保持部１２１内に流入するので、液保持部１２１内の液１２３の液量が増加し、液面が上昇する。
【００６７】
図４Ｃにおいては、送液部１４１の動作完了後に送液部１４２が吸引動作を実施した様子の一例を示している。液保持部１２１に流入した液量を送液部１４２で吸引し、液貯留部１３２に保持することにより、液保持部１２１内の液１２３の液量は減少し、液面は下降して動作前の状態に戻すことができる。
【００６８】
図５は、送液部が交互に動作する際の液保持部の液面高さの推移の一例を示す説明図である。
図３Ｂ及び図３Ｃで示した例とは逆に、一方の送液手段による吸引動作を実施した後に他方の送液手段による排出動作を実施すると、液保持部１２１の液面高さは一旦下降した後に上昇して動作前の状態に戻る。
吐出口１０２からの液滴の吐出を停止させた状態で沈降した粒子１２４を再分散させる場合には、本動作で再分散が可能である。
【００６９】
一方、液１２３の撹拌には、一般的に上記の沈降した粒子１２４の再分散の他に、分散状態にある粒子１２４の沈降抑制の効果も期待できる。
図３Ａ〜図３Ｃで示した液滴吐出動作中に液保持部１２１内の撹拌動作を実行することで、粒子１２４の沈降を抑制し、常に均一な分散状態を維持しながら液滴吐出を実施することができ、経時での液滴１２５に含まれる粒子濃度を一定に維持することが可能である。
【００７０】
ただし、図５で示したように送液部１４１及び送液部１４２が交互に動作する場合には、上述した通り、液保持部１２１内の液１２３の液面高さが変化することで、ノズルプレート１０１にかかる水圧が変化し、吐出される液滴１２５の落下速度も変化する。
このことは、液滴１２５を一ヶ所に連続して吐出を続ける場合にはよいが、液滴１２５を等間隔に並べる場合には、一般的に、液吐出ヘッドあるいは液滴１２５を載置する液滴保持部材を一定速度で移動させながら一定の周期で吐出動作を行う。このため、液滴１２５の落下速度が変化すると、液滴１２５の着弾位置が変化してしまい、液滴保持部材上での液滴１２５の間隔が均一にならない。
図５に示すように送液部１４１の排出動作に同期させて送液部１４２の吸引動作を、又は送液部１４１の吸引動作に同期させて送液部１４２の排出動作を実施することで、液保持部１２１内の液量を一定に維持したまま液１２３を撹拌することができる。
【００７１】
図６は、本発明の液吐出ヘッド１００の一部を平面視した一例を示す模式図である。
図６に示すように、液吐出ヘッド１００の一部を平面視すると、隣り合う液保持部１２１ａと１２１ｂとは、液貯留部１３１ａ及び１３１ｂ、並びに液貯留部１３２ａ及び１３２ｂを介して繋がっている。液貯留部１３１ａ及び１３１ｂの分岐点、並びに液貯留部１３２ａ及び１３２ｂの分岐点には、一対の切替部１５１及び１５２が設けられている。
ここで、切替部１５１及び１５２について、図７Ａ〜図７Ｃを用いて詳細に説明する。
図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の液吐出ヘッドにおける切替部の動作の一例を示す模式図である。なお、図７Ａ〜図７Ｃにおいては、図６に示すように、一つの送液部に対して二つの液保持部が繋がっている場合における切替部として、三方弁を用いた一例を示している。
図７Ａは、図６における液貯留部１３１ａと送液部１４１が繋がった状態を示し、図７Ｂは、図６における液貯留部１３１ｂと送液部１４１が繋がった状態を示し、図７Ｃは、図６における液貯留部１３１ａ及び１３１ｂの両方と送液部１４１が繋がった状態を示している。このように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、液の吸引及び排出を行う液保持部を選択して切り替えることができる。切替部としては、各液貯留部に電磁弁などを設け液貯留部の開閉を切替えられる構成など他の手段であっても構わない。
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、液貯留部１３１ａ及び１３１ｂのどちらかのみに接続された状態では、一つの液保持部のみの撹拌ができる送液量で送液部を制御するが、図７Ｃの状態のように液貯留部１３１ａ及び１３１ｂの両方ともに繋がった場合には、二つの液保持部の撹拌に必要な流量が必要となるため、前記液貯留部１３１ａ及び１３１ｂどちらかのみに接続された場合と比べて、二倍の送液量にて送液部を駆動制御することにより送液することができる。
図７Ａ〜図７Ｃに示すように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、一の液貯留部を弁により塞ぐことで、他の液貯留部を開放することができるため、それぞれの液貯留部に独立して切替部としての弁を配置したときよりも切替のタイミング（時期）を簡単に制御することができる。また、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、それぞれの液貯留部に独立して切替部を設ける必要がないため、液吐出ヘッドに使用する弁の数を減らすことができる。また、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、複雑な設計が不要になり、省スペースで安価な構成のヘッドとすることができる。
【００７２】
また、一対の送液部により２つの液保持部の液撹拌を実施する場合、送液部は２つとも液保持部と連通しており、同時に同一量の送液動作を行う。２つの液保持部が、それぞれ別の吐出条件にて動作を実施している場合や液の種類が異なっている場合には、２つの液保持部での液面高さの低下量が異なる現象が生じる。
そこで、液面検出部によって一方の液保持部の液面高さが基準より低下したことを検知した時、液面高さを維持（回復）させるため、液面高さが低下した分だけ液貯留部から液保持部に排出される液量を増加させる動作を行なう。しかし、送液部は他方の液保持部とも繋がっているため、液貯留部を切り替える切替部が無いと他方の液保持部へも過剰に液を送液してしまうため、他方の液保持部の液面高さは基準よりも上昇してしまう。
本発明の液吐出ヘッドは、送液部と液保持部を繋ぐ液貯留部に切替部が設けられているため、液面高さ回復のための排出動作が行われるときは、図７Ａ又は図７Ｂに示すように、液面高さが低下した液保持部を繋ぐ液貯留部のみに送液部を接続する（切替える）ことで、液面高さが低下した液保持部にだけ液が排出されるため、液面高さを維持（回復）させることができる。
【００７３】
（液滴形成装置及び液滴形成方法）
本発明の液滴形成装置は、本発明の液吐出ヘッドを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の液滴形成装置は、本発明の液吐出ヘッドを有するため、液滴の吐出を安定させることができる。
本発明の液滴形成方法は、液滴を形成可能な液滴形成方法であって、本発明の液吐出ヘッドを用いて、液を貯留する液貯留部と液保持部との間で液を送液する一対の送液部により、液を液貯留部と液保持部とのそれぞれに送液する工程と、一対の切替部により、液貯留部を切り替える工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の液滴形成方法は、本発明の液吐出ヘッドを用いることにより好適に行うことができ、液を液貯留部と液保持部とのそれぞれに送液する工程は一対の送液部により好適に行うことができ、液貯留部を切り替える工程は一対の切替部により好適に行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
本発明の液滴形成装置及び液滴形成方法における「液保持部」、「液貯留部」、「送液部」、及び「切替部」については、本発明の液吐出ヘッドと同様のものであるため、説明を省略する。また、本発明の液滴形成方法における各工程は、本発明における液吐出ヘッドの動作の説明と同様であるため、説明を省略する。
【００７４】
（分注装置）
本発明の分注装置は、本発明の液滴形成装置を有し、更に必要に応じて、粒子数計数手段、その他の手段を有する。
本発明の分注装置は、本発明の液滴形成装置を有することにより、吐出を安定させることができるため、吐出した液滴を収容する液量のばらつきを少なくすることができる。
【００７５】
＜粒子数計数手段＞
粒子数計数手段は、液滴に含まれる粒子を計数する手段であり、液滴の吐出後、かつ液滴の被着対象物への着弾前に、液滴に含まれる粒子数をセンサによって計数する手段であることが好ましい。
センサとは、自然現象や人工物の機械的・電磁気的、熱的、音響的、又は化学的性質、或いはそれらにより示される空間情報・時間情報を、何らかの科学的原理を応用して、人間や機械が扱い易い別媒体の信号に置き換える装置を意味する。
【００７６】
粒子数計数手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、吐出前に粒子を観測する処理、着弾後の粒子をカウントする処理を含んでもよい。
【００７７】
液滴の吐出後、かつ液滴の被着対象物への着弾前に、液滴に含まれる粒子数の計数としては、液滴が被着対象物としてのプレートのウェルに確実に入ることが予測されるウェル開口部の直上の位置にあるタイミングにて液滴中の粒子を観測することが好ましい。
【００７８】
プレートとしては、特に制限はなく、バイオ分野において一般的に用いられる穴が形成されたものを用いることが可能である。
プレートにおけるウェルの数は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単数であってもよく、複数であってもよい。
ウェルの数が複数であるプレートとしては、ウェルの数が２４個、９６個、３８４個など業界において一般的な個数及び寸法で穴が形成されたものを用いることが好ましい。
プレートの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、後の処理のために、細胞や核酸の壁面への付着が抑制されているものを用いることが好ましい。
【００７９】
液滴中の粒子を観測する方法としては、例えば、光学的に検出する方法、電気的・磁気的に検出する方法などが挙げられる。
【００８０】
＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、制御手段、表示手段、記録手段などを有することが好ましい。
【００８１】
以上説明したように、本発明の液吐出ヘッドは、吐出口と、液保持部と、一対の液貯留部と、一対の送液部と、一対の切替部と、を有することにより、液保持部が保持する液の液面高さが一定になるように、一対の送液部及び一対の切替部を制御して、液保持部が保持する液を送液して撹拌することで、吐出を安定させることができる。また、この液吐出ヘッドを有する液滴形成装置及び分注装置においても同様の効果を得ることができる
【００８２】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  吐出口と、
前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、
前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、
前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、
前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、
を有することを特徴とする液吐出ヘッドである。
＜２＞  前記切替部が、三方弁である前記＜１＞に記載の液吐出ヘッドである。
＜３＞  前記液保持部が保持する前記液を前記吐出口から吐出させる振動部材を更に有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜４＞  前記液保持部内の液量を検出する液量検出部を更に有する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜５＞  前記液量検出部による前記液面高さの検出結果に基づいて前記一対の切替部の開閉を制御する制御部を更に有する前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜６＞  前記一対の送液部が、一方の前記液貯留部で貯留されている前記液を前記液保持部に送液させるとともに、前記液保持部から他方の前記液貯留部に前記液を送液させる前記＜１＞又は＜５＞に記載の液吐出ヘッドである。
＜７＞  前記制御部が、前記液保持部内の液面高さが一定になるように、前記一対の送液部及び前記一対の切替部の少なくともいずれかを制御する前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜８＞  前記液保持部を複数有し、
一の前記液保持部が、一の前記液貯留部がそれぞれ前記送液部に接続され、他方の前記液貯留部の複数がそれぞれ他方の前記送液部に接続されている前記一対の液貯留部と、
前記一対の液貯留部と同数の前記一対の切替部と、
を有し、
前記一対の送液部、及び、前記一対の液貯留部と同数の前記一対の切替部の制御により、複数の前記液保持部のうち少なくともいずれかの前記液を選択的に送液させる前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜９＞  少なくともいずれかの前記液保持部で送液させる前記液の量を、他の前記液保持部で移送させる前記液の量と異なるように制御を行う前記＜８＞に記載の液吐出ヘッドである。
＜１０＞  前記液貯留部における前記液の前記流量を検出する流量検出部を更に有し、
前記流量検出部の検出結果に基づき、前記一対の液移送部及び前記一対の開閉部の少なくともいずれかを制御する前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜１１＞  前記一対の液貯留部の少なくともいずれかに前記液が予め貯留されている前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜１２＞  前記液保持部内の前記液の液量が所定の値より少ない場合には、
前記一対の液貯留部の少なくともいずれかから前記液保持部に前記液を送液させる制御を行う前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜１３＞  前記切替部よりも前記液移送部側に前記液が送液されないように制御を行う前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜１４＞  前記液が粒子を含有する前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
＜１５＞  前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴形成装置である。
＜１６＞  前記＜１５＞に記載の液滴形成装置を有することを特徴とする分注装置である。
＜１７＞  液滴を形成可能な液滴形成方法であって、
前記＜１＞から前記＜１４＞のいずれかに記載の液吐出ヘッドを用いて、
前記液を貯留する前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部により、前記液を前記液貯留部と前記液保持部とのそれぞれに送液する工程と、
前記一対の切替部により、前記液貯留部を切り替える工程と、
を含むことを特徴とする液滴形成方法である。
【００８３】
前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の液吐出ヘッド、前記＜１５＞に記載の液滴形成装置、前記＜１６＞に記載の分注装置、前記＜１７＞のいずれかに記載の液滴形成方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２０１６−１１６４８９号公報
【符号の説明】
【００８５】
１００            液吐出ヘッド
１０１            ノズルプレート
１０２            吐出口
１１１            振動部材（変位部）
１１２            駆動部
１１３            制御部
１２１            液保持部
１２３            液
１２５            液滴
１３１、１３２    液貯留部
１４１、１４２    送液部
１５１、１５２    切替部
１６１            液量検出部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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