(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路基体に形成された流路に連通する吐出ノズルが形成されたノズル基体と、
前記流路基体と前記ノズル基体との間に介在され、前記流路と前記吐出ノズルとを連続して連通させるノズルの内面を形成する接着層と、
を備え、
前記接着層を構成する接着剤の溶融状態での濡れ性が前記流路基体に対してよく、
前記流路の下流側端部の内壁に、前記接着剤の濡れ上がり位置を制御するストッパ部が周回して形成されていることを特徴とする複合ノズル。
【請求項２】
請求項１記載の複合ノズルであって、
前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、前記吐出ノズルの周囲に対応する位置に、スリットが形成されていることを特徴とする複合ノズル。
【請求項３】
流路基体に形成された流路に連通する吐出ノズルが形成されたノズル基体と、
前記流路基体と前記ノズル基体との間に介在され、前記流路と前記吐出ノズルとを連続して連通させるノズルの内面を形成する接着層と、
を備え、
前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、前記吐出ノズルの周囲に対応する位置に、スリットが形成されていることを特徴とする複合ノズル。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の複合ノズルであって、
前記接着層は、前記流路の下流側端部に内面に沿って周回し、且つ前記流路の上流側へ向けて延伸された延伸部を有することを特徴とする複合ノズル。
【請求項５】
請求項４記載の複合ノズルであって、
前記延伸部から前記吐出ノズルへ向けて開口径寸法が吐出方向に沿って恒常的に縮小するように変化していることを特徴とする複合ノズル。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の複合ノズルであって、
前記スリットは、前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、熱変形の大きい方向に対して垂直に形成されていることを特徴とする複合ノズル。
【請求項７】
請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の複合ノズルであって、
前記スリットは、前記ノズル基体および接着層の両方もしくは一方に、熱変形の大きい方向に垂直をなすように形成された第１スリットと、熱変形の小さい方向に垂直をなすように形成された第２スリットとを備え、前記第１スリットが前記第２スリットより長く設定されていることを特徴とする複合ノズル。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の複合ノズルであって、
前記接着層のヤング率Ｅａとノズル基体のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）が１.４〜５００であることを特徴とする複合ノズル。
【請求項９】
液状体が導入される導入路と、該導入路から導入された前記液状体を加圧するマイクロポンプを備えた加圧室と、該加圧室での前記マイクロポンプによる加圧に伴い前記液状体が導出される導出路と、を有する装置本体に、
前記導出路に連通するように吐出ノズルが形成されたノズル基体が、接着層を介して貼着され、
前記接着層が導出路の下流側端部と吐出ノズルとを連続して連通させるノズルの内面を形成して、前記接着層と前記吐出ノズルとで複合ノズルを形成すると共に、
前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、前記吐出ノズルの周囲に対応する位置にスリットが形成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の液滴吐出装置であって、
前記スリットは、このスリットが形成された前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、熱変形の大きい方向に対して垂直に形成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の液滴吐出装置であって、
前記スリットは、このスリットが形成された前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、熱変形の大きい方向に垂直をなすように形成された第１スリットと、熱変形の小さい方向に垂直をなすように形成された第２スリットとを備え、前記第１スリットが前記第２スリットより長く設定されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１２】
請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の液滴吐出装置であって、
前記接着層のヤング率Ｅａとノズル基体のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）が１.４〜５００であることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微小体積の液滴を吐出する複合ノズル、この複合ノズルを備える液滴吐出装置およびこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液滴吐出装置としては、液体を流通させる流路が形成された流路基体に、それぞれ個別にノズルを形成した接着フィルムとノズル基体とを積層・接着して、流路基体の流路と、接着フィルムのノズルと、ノズル基体のノズルとが連通するように形成されている。そして、この液滴吐出装置は、圧電／電歪素子でなるマイクロポンプを備えており、このマイクロポンプで加圧することにより、ノズル部から微量の液体を吐出するようになっている。このような液滴吐出装置は、例えばＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）の製造におけるスポットの形成に用いられている。
【０００３】
周知の通り、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などの基体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たＤＮＡチップが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の液滴吐出装置では、接着フィルムでノズル基体を流路基体に接着する際に、ノズル部周辺は物理的に加圧できないため、接着フィルムへの気泡の巻き込み等による微小剥離などの接着不良が発生し易いという問題点があった。
【０００５】
また、流路基体とノズル基体との間の熱膨脹量および熱収縮量の差により、残留応力による接着力の低下や、ノズルの変形・位置ずれが生じ易いという問題点があった。
【０００６】
さらに、ノズル基体と接着フィルムのノズルを別々に形成しているため、接着フィルムを流路基体に接着したときに、接着フィルムに形成したノズルが変形し、液滴の吐出方向を軸とした左右対称のノズルを作製することが困難であった。
【０００７】
このような液滴吐出装置では、ノズル部の位置精度を確保することは勿論のこと、吐出する液滴が飛行曲がりを起こさないように所定の吐出速度を確保しなければならない。しかし、上記した問題点があるため、液滴位置精度を保ちつつ吐出速度をあげることは、困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、液滴位置精度を保ちつつ吐出速度をあげることができる複合ノズル、この複合ノズルを備えた液滴吐出装置、およびこれらの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の特徴は、流路基体に形成された流路に連通する吐出ノズルが形成されたノズル基体と、前記流路基体と前記ノズル基体との間に介在され、前記流路と前記吐出ノズルとを連続して連通させるノズルの内面を形成する接着層と、を備え、前記接着層を構成する接着剤の溶融状態での濡れ性が前記流路基体に対してよく、前記流路の下流側端部の内壁に、前記接着剤の濡れ上がり位置を制御するストッパ部が周回して形成されていることを要旨とする。
【００１０】
このような構成の本発明の第１の特徴に係る複合ノズルでは、接着層を構成する接着剤の溶融状態での濡れ性が流路基体に対してよくなるように設定することにより、ノズル基体を接着層を介して流路基体に貼着する際に、接着剤が流路の下流側端部の内面に濡れ上がるため、自動的に延伸部を形成することができる。特に、流路の下流側端部の所定位置に接着剤の濡れ上がりを制御するストッパ部を形成しておくことにより、所定位置までの延伸部を確実に形成することが可能となる。
【００１１】
この発明の第２の特徴は、複合ノズルであって、流路基体に形成された流路に連通する吐出ノズルが形成されたノズル基体と、前記流路基体と前記ノズル基体との間に介在され、前記流路と前記吐出ノズルとを連続して連通させるノズルの内面を形成する接着層と、を備え、前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、前記吐出ノズルの周囲に対応する位置に、スリットが形成されていることを要旨とする。
【００１２】
この発明の第２の特徴に係る複合ノズルでは、ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、前記吐出ノズルの周囲に対応する位置に、スリットが形成されることにより、流路基体と接着層との間、または接着層とノズル基体との間の熱膨脹や熱収縮の差により接着層やノズル基体に蓄積された応力をスリットが吸収して接合面の剥がれなどの接着不良を低減させ、耐久性を向上する作用がある。また、ノズル基体の吐出ノズルにかかる応力もスリットで緩和、開放されるため、ノズル位置が所定の位置からずれることを防止することができる。
【００１３】
この発明の第３の特徴は、液滴吐出装置であって、液状体が導入される導入路と、該導入路から導入された前記液状体を加圧するマイクロポンプを備えた加圧室と、該加圧室での前記マイクロポンプによる加圧に伴い前記液状体が導出される導出路と、を有する装置本体に、導出路に連通するように吐出ノズルが形成されたノズル基体が、接着層を介して貼着され、前記接着層が導出路の下流側端部と吐出ノズルとを連続して連通させるノズルの内面を形成して、前記接着層と前記吐出ノズルとで複合ノズルを形成すると共に、前記ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、前記吐出ノズルの周囲に対応する位置にスリットが形成されていることを要旨とする。
【００１４】
この発明の第３の特徴に係る液滴吐出装置では、ノズル基体および前記接着層の両方もしくは一方に、前記吐出ノズルの周囲に対応する位置にスリットが形成されることにより、流路基体と接着層との間、または接着層とノズル基体との間の熱膨脹や熱収縮の差により接着層やノズル基体に蓄積された応力をスリットが吸収して接合面の剥がれなどの接着不良を低減させ、耐久性を向上する作用がある。また、ノズル基体の吐出ノズルにかかる応力もスリットで緩和、開放されるため、ノズル位置が所定の位置からずれることを防止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複合ノズル、液滴吐出装置、およびこれらの製造方法の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みや膜厚比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参照して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。
【００３４】
まず、本発明の実施形態に係る複合ノズルおよびそれを備えた液滴吐出装置の構成について説明する。なお、図１はこの実施の形態に係る液滴吐出装置１０の斜視図、図２は図１のｘ方向でマイクロピペット部を通るように切断した状態を示す断面図、図３は液滴吐出装置１０の平面図、図４は液滴吐出装置１０の底面図、図５は複合ノズルの断面図である。
【００３５】
図１に示すように、この実施の形態に係る液滴吐出装置１０は、流路が形成される流路基体１１と、流路基体１１に組み付けられて加圧室としてのキャビティ内の容積を変化させる機能を有するアクチュエータ部１２と、流路基体１１の下面に積層される積層体１３と、流路基体１１の一方の端部側に設けられる液体導入部１４と、を備えて大略構成されている。本実施の形態に係る液滴吐出装置１０は、図１、図３および図４に示すように、ｙ方向に沿って所定間隔を隔てて複数のマイクロピペット部１５が設けられている。
【００３６】
流路基体１１は、下面に積層体１３が貼着された下面板１６と、下面板１６の上に積層された中間板１７と、中間板１７の上に積層される上面板１８とを備えている。これら下面板１６、中間板１７および上面板１８は、例えばジルコニアなどのセラミックスのグリーンシートを積層して一体焼成して構成されている。
【００３７】
下面板１６には、図１に示すｘ方向の一方の端部近傍に流路の下流側端部としての複数の流路終端ノズル１６Ａが、図１に示すｙ方向に沿って所定間隔で形成されている。
【００３８】
中間板１７における流路終端ノズル１６Ａの上方位置には、流路終端ノズル１６Ａより開口径寸法の長いノズル１７Ａが形成されている。このノズル１７Ａは、流路の一部を構成している。また、ノズル１７Ａと流路終端ノズル１６Ａとは、同軸的に配置されて連通している。さらに、中間板１７におけるそれぞれのノズル１７Ａの後方（図１に示すｘ方向の他方の端部側）には、液溜め流路１９を構成する長孔１７Ｂが形成されている。なお、液溜め流路１９は、この長孔１７Ｂと下面板１６と上面板１８とで形成される。
【００３９】
上面板１８における、中間板１７のノズル１７Ａの上方の位置には、ノズル１７Ａと連通するノズル１８Ａが形成されている。このノズル１８Ａは、中間板１７のノズル１７Ａより径寸法が長く設定されると共に、ノズル１７Ａと同軸的に配置、形成されている。また、中間板１７の長孔１７Ｂにおける前端部（図１に示すｘ方向の他方側）の上方に位置する上面板１８には、ノズル１８Ｂが形成されている。さらに、長孔１７Ｂの後端部（図１に示すｘ方向の他方側）の上方に位置する上面板１８には、液体を液溜め流路１９に導入する導入ノズル１８Ｃが形成されている。
【００４０】
なお、これら下面板１６、中間板１７および上面板１８は、上記したようにセラミックスで形成されており、例えば、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素などを用いることができる。このうち、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアは、薄板においても機械的強度が大きいこと、靭性が高いことから最も好適に採用される。
【００４１】
アクチュエータ部１２は、上面板１８における図１に示すｘ方向の前側半分を覆うように、上面板１８上に積層されたキャビティ底板２０と、このキャビティ底板２０の上に積層されたキャビティ形成板２１と、キャビティ形成板２１を覆う薄板状の振動板２２と、振動板２２上に固定されたマイクロポンプとしての圧電／電歪素子２３と、で構成されている。そして、キャビティ底板２０と、キャビティ形成板２１と、振動板２２とで形成された空間が、キャビティ２７を構成している。
【００４２】
キャビティ底板２０における図１に示すｘ方向の前部には、上面板１８のノズル１８Ａに連通するノズル２０Ａが形成されている。このノズル２０Ａは、上面板１８のノズル１８Ａの径寸法より長く設定され、これらノズル２０Ａ、１８Ａは同軸的に配置されている。また、キャビティ底板２０における図１に示すｘ方向の後部には、上面板１８のノズル１８Ｂに連通するノズル２０Ｂが形成されている。このノズル２０Ｂは、ノズル１８Ｂの径寸法より短く設定されている。また、これらノズル２０Ｂ、１８Ｂは、同軸的に配置されている。
【００４３】
キャビティ形成板２１は、キャビティ底板２０のノズル２０Ａ、２０Ｂを連通させる長孔２１Ａが形成されている。また、振動板２２は、キャビティ形成板２１の上面全部を覆うように、長方形状に形成されている。
【００４４】
なお、これらキャビティ底板２０、キャビティ形成板２１および振動板２２は、セラミックスのグリーンシートを焼成することにより形成されている。ここで、セラミックスとしては、例えば、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素などを用いることができる。このうち、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアは、薄板においても機械的強度が大きいこと、靭性が高いこと、圧電膜や電極材との反応性が小さいことから最も好適に採用される。また、振動板２２の材料として安定化／部分安定化ジルコニアを用いる場合、少なくとも、圧電／電歪素子２３が形成される部分には、アルミナあるいはチタニアなどの添加物が含有されることが好ましい。
【００４５】
また、圧電／電歪層は、圧電セラミックスとして、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウムなどや、これらのいずれかを組み合わせた成分を含有する複合セラミックスを用いることができるが、本発明においては、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛およびマグネシウムニオブ酸鉛からなる成分を主成分とする材料が好適に用いられる。これら、このような材料は、高い電気機械結合係数と圧電定数を有することに加え、圧電膜の焼結時における反応性が小さく、所定の組成のものを安定に形成することができる。
【００４６】
液体導入部１４は、流路基体１１の一方の端部側に固設されている。この液体導入部１４は、略直方体形状であり、アクチュエータ部１２の後方の上面板１８の上に上面板１８と一体的に形成されている。そして、この液体導入部１４には、下地の上面板１８に形成された複数の導入ノズル１８Ｃにそれぞれ連通する液体注入口１４Ａが図１に示すｙ方向に沿って所定間隔で形成されている。この液体注入口１４Ａは、液体が内部に導入される導入路の一部を構成している。なお、この液体導入部１４は、流路基体１１やアクチュエータ部１２と同様のセラミックス材料で形成されている。
【００４７】
次に、この実施の形態に係る複合ノズル２６が形成された積層体１３について説明する。
【００４８】
積層体１３は、ノズル基体２４と、ノズル基体２４の上に積層された接着層２５とからなる。ノズル基体２４は、例えば、ポリエステル（ＰＥＴ）フィルム、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、アルミナ、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）などを用いて形成することができる。また、接着層２５は、エポキシ系接着フィルム（熱硬化性）やポリエチレン系接着フィルム（熱可塑性）などを用いて形成することができる。そして、これらノズル基体２４および接着層２５には、流路基体１１を構成する下面板１６に形成された流路終端ノズル１６Ａと対応する位置に、液滴を吐出する複合ノズル２６が形成されている。なお、ノズル基体２４には、複合ノズル２６のを一部を構成する吐出ノズル２４Ａが形成されている。
【００４９】
特に、本実施の形態では、接着層２５のヤング率Ｅａとノズル基体２４のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）が１.４〜５００の範囲に設定されている。下表１に、ノズル基体２４、接着層２５および下面板１６の構成材料とそのヤング率（Ｇｐａ）を示す。
【００５０】
【表１】
0003689030.tif 000002
上記表１に示す各材料を用いたときに、接着層２５のヤング率Ｅａとノズル基体２４のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）が１.４〜５００の範囲となるようにすることにより、複合ノズル２６から液滴を吐出させるときの圧力を受けることに伴うノズル基体２４の振動を接着層２５が吸収し、液滴のメニスカスを安定させる作用がある。なお、接着層のヤング率Ｅａが小さくなり過ぎると圧力損失が大きくなり、液滴を吐出させるのが困難になるため、接着層２５は上記の比を満足する範囲のヤング率を有することが必要となる。
【００５１】
特に、本実施の形態に係る液滴吐出装置１０でＤＮＡ断片を含んだ試料溶液を吐出させてＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）を作製する場合、ＤＮＡ断片を含んだ試料溶液の粘度が３ｃｐ〜１０ｃｐの範囲となるため、ノズル基体２４のヤング率が４ＧＰａ〜１９７ＧＰａ、接着層２５のヤング率が０.４ＧＰａ〜２.９ＧＰａであることが好ましい。この場合、接着層２５のヤング率Ｅａとノズル基体２４のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）が１.４〜５００の範囲となることが好ましく、１.４〜２００となることがより好ましく、さらに１.４〜１０となることがより好ましい。
【００５２】
また、本実施の形態に係る液滴吐出装置１０の複合ノズル２６は、図５に示すように、径寸法が中心軸の吐出方向ｚに向けて恒常的に縮小するように形成されている。すなわち、ノズル基体２４と接着層２５とに形成された複合ノズル２６の内面は、中心軸に対して左右対称に形成されると共に、滑らかな傾斜面を形成している。
【００５３】
また、複合ノズル２６の上部には、接着層２５が上面板１６の流路終端ノズル１６Ａに沿って延伸された延伸部２５Ａが周回して形成されている。この延伸部２５Ａは、接着層２５およびノズル基体２４のノズル内面と面一に形成され、径寸法が中心軸の吐出方向ｚに向けて恒常的に縮小するように形成されている。このように延伸部２５Ａが流路終端ノズル１６Ａ内に形成されたことにより、接着層２５と上面板１６との境界に段差が生じるのを防止できる。このため、接着層２５と上面板１６との境界部分に気泡が溜まることがなく、液体を円滑に吐出方向ｚ側へ導くことができる。そして、接着層２５と上面板１６との境界部分に気泡が溜まることがないため、接着層２５の微小剥離などを抑制することができる。また、上面板１６の内面に沿って接着層２５の延伸部２５Ａが一体に接着しているため、複合ノズル２６の剛性を確保することができる。このように複合ノズル２６の剛性を確保したことにより、圧電／電歪素子２３で発生した圧力の損失を低減させることができる。したがって、圧電／電歪素子２３のより小さな変位で大きな吐出量、吐出速度を得ることができ、液滴を所望の位置に滴下させることが容易となる。
【００５４】
このような構成の液滴吐出装置１０を用いてＤＮＡ断片が含まれる試料液を吐出させてＤＮＡチップを作製する場合の作用・動作について説明する。
【００５５】
まず、液滴吐出装置１０の流体導入部１４に形成された液体注入口１４Ａのそれぞれに置換液である緩衝液を所定量充填し、さらに液体注入口１４Ａにそれぞれ異なるＤＮＡ断片を含む試料液を注入する。その後、圧電／電歪素子２３を駆動させ、複合ノズル２６より予め充填した緩衝液を吐出させながら、キャビティ２７を含む流路全体を試料液で層流置換する。
【００５６】
このような緩衝液の置換が終了した後は、ＤＮＡチップの求められるスポット径に応じた液滴量に対応した圧電／電歪素子２３の駆動条件にて駆動し、スポティングを繰り返すことにより所定配列で試料スポットを形成してＤＮＡチップの作製が完了する。
【００５７】
この液滴吐出装置１０では、接着層２５のヤング率Ｅａとノズル基体２４のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）が１.４〜５００の範囲となるように設定されているため、試料液がアクチュエータ部１２の圧電／電歪素子２３で加圧されたときに、複合ノズル２６におけるノズル基体２４のノズル部が試料液の圧力を受けても、接着層２５がその圧力を吸収する作用がある。このため、ノズル基体２４の振動を抑制でき、この部分を通過する試料液の液滴のメニスカスを安定させることができる。このように液滴のメニスカスが安定するため、吐出された液滴を所望の位置に滴下させることができる。
【００５８】
また、複合ノズル２６において、延伸部２５Ａが形成されているため、複合ノズル２６を形成する接着層２５が下面板１６と接着する総面積が大きくなり、複合ノズル２６を形成するノズル基体２４を固定する強度を高めることができる。このため、複合ノズル２６を構成する部材の剛性が高くなり、圧電／電歪素子２３で発生した圧力の損失を低減させる作用がある。このため、圧電／電歪素子２３の変位が小さくても、試料液の吐出量、吐出速度を得ることが可能となり、吐出させる液滴を所望の位置に滴下させ易くなる。そして、複合ノズル２６を形成する接着層２５が下面板１６と接着する総面積が大きくしたことにより、接着層２５の剥離や接着不良を低減することができる。
【００５９】
さらに、延伸部２５Ａが形成されているため、下面板１６と接着層２５との境界に段差がなく、しかも複合ノズル２６の内壁面が滑らかなであるため、気泡が溜まることがない。また、複合ノズル２６の径寸法が中心軸に沿って、吐出方向へ向けて恒常的に縮小するように形成されているため、液滴を複合ノズル２６の中心軸に沿って吐出させることができる。このため、ＤＮＡチップの試料スポットの位置精度を高めることができる。
【００６０】
次に、図６〜図９を用いて、本実施の形態に係る複合ノズル２６および液滴吐出装置１０の製造方法について説明する。
【００６１】
まず、図６に示すように、板状のノズル基体２４と、熔融状態において液滴吐出装置１０の下面板１６に対して濡れ性のよいフィルム状の接着層２５と、を貼り合わせて積層体１３を作製する。
【００６２】
次に、図７および図８に示すように、接着層２５側から所定の径寸法のレーザビームをスポット照射して接着層２５とノズル基体２４に複数の複合ノズル２６を形成する。このように形成された複合ノズル２６は、接着層２５の上面からノズル基体２４の下面に向けて恒常的に径寸法が縮小する形状となる。
【００６３】
その後、図９に示すように、流路基体１１、アクチュエータ部１２および流体導入部１４でなる液滴吐出装置１０の装置本体１０Ａと、複合ノズル２６が形成された積層体１３とを貼り合わせる。具体的には、装置本体１０Ａの下面板１６に形成された流路終端ノズル１６Ａと、積層体１３の複合ノズル２６とが合致するように、下面板１６の下面に接着層２５を貼り合わせる。このとき、接着層２５は、予め熔融状態になるように加熱させる。このとき、熔融状態にある接着層２５の複合ノズル２６の開口部は、下面板１６の流路終端ノズル１６Ａの内壁に沿って濡れ上がるため、図５に示したように延伸部２５Ａが流路終端ノズル１６Ａの内面に周回して形成される。その後、接着層２５を構成する接着剤は、固化して図１および図２に示すような、液滴吐出装置１０が完成する。
【００６４】
このような製造方法によれば、複合ノズル２６が一回のレーザビーム照射によって行われるため、ノズル基体２４と接着層２５とに別々にノズルを形成してこれらを貼り合わせる方法に比べて、液滴の吐出方向を軸とした左右対称のノズルを容易に形成することができる。また、レーザビームを照射することにより、複合ノズル２６の内側面が滑らかに形成できるため、吐出する液滴のメニスカスを安定させることができる。このように液滴のメニスカスが安定することにより、液滴の吐出方向も安定して液滴の滴下位置の精度を高めることができる。
【００６５】
次に、本実施の形態に係る複合ノズル２６およびこれを備えた液滴吐出装置１０の製造方法の他の例について説明する。なお、この説明において、セラミックスでなる各部材の符号とこれら各部材の焼成前成形体（グリーンシート）の符号とは便宜的に同一のものを用いる。
【００６６】
（１）まず、図１０に示すような、例えばジルコニア、アルミナ、マグネシアなどの酸化物でなる所定の大きさのセラミックス基板３０を用意する。このセラミックス基板３０は、スクリーン印刷の台としての機能と焼成用基板としての機能を有する。
【００６７】
（２）このセラミックス基板３０の上に、例えばメタルスクリーンを用いて、カーボン粉末あるいはテオブロミン粉末分散ペースト（図示省略する）を印刷し、乾燥させて消失皮膜を形成する。この消失皮膜は、後工程での焼成により消失して、焼成された流路基体１１などをセラミックス基板３０から剥離し易くする機能を果たす。
【００６８】
（３）次に、図１０に示すように、流路終端ノズル１６Ａが形成されるように部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）ペーストを成形、乾燥させてなる下面板１６の焼成前成形体１６をセラミックス基板３０の上に配置する。
【００６９】
（４）その後、図１０に示すように、ノズル１７Ａおよび長孔１７Ｂが形成されるように部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）ペーストを成形、乾燥させてなる中間板１７の焼成前成形体１７を焼成前成形体１６の上に配置する。
【００７０】
（５）さらに、図１０に示すように、ノズル１８Ａ、１８Ｂおよび導入ノズル１８Ｃが形成されるように部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）ペーストを成形、乾燥させてなる上面板１８の焼成前成形体１８を焼成前成形体１７の上に配置する。
【００７１】
（６）次いで、図１０に示すように、液体注入口１４Ａが形成された流体導入部１４の焼成前成形体１４を焼成前成形体１８の上に配置する。
【００７２】
（７）その後、図１０に示す状態で、各材料層の有機分や消失皮膜が残らない程度の速度で昇温させ、最高温度１１００℃〜１３００℃で焼成を行う。この結果、図１１に示すように、消失皮膜が消失して、流体導入部１４を備える流路基体１１をセラミックス基板３０から容易に離脱させることができる。
【００７３】
（８）次に、図１２に示すように、焼成された流体導入部１４を備える流路基体１１の下面板１６の下面に接着フィルムでなる接着層２５を介してノズル基体２４を貼着する。なお、接着層２５を構成する接着剤としては、下面板１６を構成する部分安定化ジルコニアに対して濡れ性のよい、例えば、エポキシ系接着剤（熱硬化性）やポリエチレン系接着剤（熱可塑性）を用いる
（９）次いで、図１３に示すように、流路基体１１の上側からノズル１８Ａ、１７Ａおよび流路終端ノズル１６Ａの中心を通るように、所定径寸法のレーザビームＬを照射して、接着層２５およびノズル基体２４に所望の径寸法および断面形状を有するノズルを形成する。この結果、接着層２５からノズル基体２４に向けて、ノズル形成が進行して複合ノズル２６が形成される。このとき、接着層２５は、レーザビームＬで熔融され低粘度の状態となる。そして、流路終端ノズル１６Ａの内壁に沿って熔融した接着剤が濡れることで、図５に示すように、複合ノズル２６の吐出方向ｚの長さｔ２は、ノズル基体２４の厚さｔｓと接着層２５の厚さｔａとを合わせた長さｔ１より長く形成される。
【００７４】
（１０）次に、図１４に示すように、予め作製しておいたアクチュエータ部１２を上面板１８に接着剤を介して貼着する。このとき、キャビティ底板２０のノズル２０Ａが上面板１８のノズル１８Ａと同軸的となるように配置され、キャビティ底板２０のノズル２０Ｂが上面板１８のノズル１８Ｂと同軸的となるように配置される。なお、アクチュエータ部１２は、それぞれセラミックスでなる、キャビティ底板２０とキャビティ形成板２１と振動板２２と圧電／電歪素子２３とがグリーンシートの状態で積層され、これらを一体に焼成することにより形成されている。
【００７５】
このような製造方法によれば、ノズル基体２４と接着層２５とを流路基体１１に貼着した後に、複合ノズル２６が形成されるため、複合ノズル２６の位置精度を高めることができる。また、上記した製造方法によれば、複合ノズル２６が一回のレーザビーム照射によって行われるため、ノズル基体２４と接着層２５とに別々にノズルを形成してこれらを貼り合わせる方法に比べて、液滴の吐出方向を軸とした左右対称のノズルを容易に形成することができる。また、レーザビームを照射することにより、複合ノズル２６の内側面が滑らかに形成できるため、吐出する液滴のメニスカスを安定させることができる。このように液滴のメニスカスが安定することにより、液滴の吐出方向も安定して液滴の滴下位置の精度を高めることができる。特に、接着層２５を下面板１６に貼着した状態で、レーザ照射を行うことにより、熔融した接着剤が下面板１６の流路終端ノズル１６Ａの内面に濡れて複合ノズル２６の長さを長くすることができる。
【００７６】
（その他の実施の形態）
上記した本発明の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００７７】
例えば、上記した実施の形態では、ノズル基体２４に接着層２５を積層した状態で複合ノズル２６を開口させるようにしたが、ノズル基体２４にノズルを開口させた後、このノズル基体２４を流路基体１１の下面に接着剤を介して貼着するようにしてもよい。このとき、接着剤のヤング率Ｅａとノズル基体２４のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）が１.４〜５００となる範囲であることが好ましい。
【００７８】
また、上記した実施の形態では、ノズル基体２４および接着層２５に液滴を吐出させる複合ノズル２６のみを形成したが、この複合ノズル２６の周囲にノズル基体２４や接着層２５の熱変形を吸収するスリットを形成してもよい。図１５は、複合ノズル２６の四方の周囲に４本のスリット３１Ａ、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｂが形成された変形例である。また、図１６は、図１５のＡ−Ａ断面図である。この変形例では、図１５に示すように、複合ノズル２６を挟んでａ方向に並ぶ対をなす第１スリットとしてのスリット３１Ａ、３１Ａがａ方向に対して垂直をなすように形成され、複合ノズル２６を挟んでｂ方向に並ぶ対をなす第２スリットとしてのスリット３１Ｂ、３１Ｂがｂ方向に対して垂直をなすように形成されている。また、スリット３１Ａは長く設定され、スリット３１Ｂは短く設定されている。この変形例は、ノズル基体２４および接着層２５がａ方向に熱変形が大きく、ｂ方向に熱変形が小さい場合に適用することにより、複合ノズル２６の歪みを防止する作用がある。
【００７９】
さらに、上記変形例では、ノズル基体２４および接着層２５にスリット３１Ａ、３１Ｂを形成したが、図１７に示すように、ノズル基体２４のみにスリット３２を形成してもよいし、図１８に示すように、接着層２５のみにスリット３３を形成してもよい。なお、上記したスリット３１Ａ、３１Ｂ、３２、３３は、ノズル基体２４や接着層２５の熱変形特性の応じて、複合ノズル２６の周囲に互いに異なる長さに設定しても、同じ長さに設定してもよい。
【００８０】
さらに、上記した実施の形態では、マイクロポンプとして圧電／電歪素子２３を適用したが、キャビティ２７内の圧力を変化させる他の駆動手段を用いることも勿論可能である。
【００８１】
また、上記した実施の形態では、接着層２５の接着剤が下面板１６の流路終端ノズル１６Ａ内面に濡れ上がって延伸部２５Ａが形成されているが、この延伸部２５Ａを形成しない場合も本発明が適用されることは言うまでもない。
【００８２】
さらに、図１９に示すように、下面板１６の流路終端ノズル１６Ａの内壁下部には、接着剤の濡れ上がり位置を制御するために、予め段差状のストッパ部１６Ｂを周回して形成する構成としてもよい。
【００８３】
なお、上記した実施の形態では、流路基体１１やアクチュエータ部１２を三層のセラミックス層を用いて形成したが、これらの構造はこれに限定されるものではない。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、接着層のヤング率Ｅａとノズル基体のヤング率Ｅｓとの比（Ｅｓ／Ｅａ）を１．４〜５００に設定したことにより、接着層のヤング率Ｅａがノズル基体のヤング率Ｅｓよりも低くなり、液滴吐出に伴って、接着層がノズル基体の振動を吸収するため、液滴のメニスカスを安定させる効果がある。このため、本発明によれば、液滴のメニスカスが安定することで吐出する液滴の滴下位置精度を高める効果がある。
【００８５】
また、本発明によれば、接着層の熔融した接着剤が流路基体に対して濡れ性がよい材料でなるため、はみ出した接着剤が流路基体内に滑らかな複合ノズルの一部である延伸部を形成する。このように流路基体内に延伸部が形成されているため、流路基体と接着層と間の圧力損失が低減でき、吐出される液滴を所定の位置に精度よく滴下させる効果がある。そして、流路基体と接着層との接合面積を大きくできるため、複合ノズルの強度、剛性を高めて、液滴吐出速度、液滴吐出位置精度を高める効果がある。
【００８６】
さらに、本発明によれば、ノズル基体と接着層とに同時にノズルが形成されるため、ノズル基体のノズルと接着層のノズル同士がずれることなく、液滴の吐出方向を軸とした左右対称の複合ノズルを容易に製造することができる。
【００８７】
また、本発明の液滴吐出装置によれば、液滴の吐出方向を精度よく規定できるため、例えば液滴を滴下して所定配列の液滴スポットを形成する際に、位置精度の高い液滴スポットを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の部分破断斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の底面図である。
【図５】本発明の実施の形態を示す複合ノズルの断面図である。
【図６】本発明の実施の形態を示す複合ノズルの製造工程を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施の形態を示す複合ノズルの製造工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の実施の形態を示す複合ノズルの製造工程を示す工程断面図である。
【図９】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の他の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の他の製造方法を示す工程断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の他の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の他の製造方法を示す工程断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態を示す液滴吐出装置の他の製造方法を示す工程断面図である。
【図１５】本発明に係る複合ノズルの他の実施の形態を示す底面図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ断面図である。
【図１７】本発明に係る複合ノズルの他の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１８】本発明に係る複合ノズルの他の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１９】本発明に係る複合ノズルの実施の形態の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  液滴吐出装置
１１  流路基体
１２  アクチュエータ部
１４  流体導入部
１４Ａ  液体注入口
１５  マイクロピペット
１６  下面板
１６Ａ  流体終端ノズル
２３  圧電／電歪素子
２４  ノズル基板
２４Ａ  吐出ノズル
２５  接着層
２６  複合ノズル
３１Ａ、３１Ｂ、３２、３３  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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