(57)【要約】      （修正有）【課題】環境負荷の小さい、使い捨て用途の薬液吐出装置と薬液滴下装置の提供。【解決手段】圧力室構造体と、薬液保持容器２２と、アクチュエータと、を有する、薬液吐出装置。圧力室構造体は、薬液を吐出するノズルに連通し、内部に薬液が充填される圧力室が形成され、薬液をノズルから吐出する側の第１の面と圧力室へ薬液を供給する側の第２の面を有し、薬液保持容器２２は、第２の面に装着され、薬液を受ける薬液受け口と、圧力室内に連通する薬液出口を有し、アクチュエータは、圧力室内の圧力を変化させ、圧力室内の薬液をノズルから吐出させ、アクチュエータが、鉛成分を含まない無鉛材料で作成された圧電素子で構成されている、薬液吐出装置。【選択図】図４
2018099653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液を吐出するノズルに連通し、内部に前記薬液が充填される圧力室が形成され、前記薬液を前記ノズルから吐出する側の第１の面と前記圧力室へ前記薬液を供給する側の第２の面とを有する圧力室構造体と、
前記第２の面に装着され、前記薬液を受ける薬液受け口と、前記圧力室内に連通する薬液出口とを有する薬液保持容器と、
前記圧力室内の圧力を変化させ、前記圧力室内の前記薬液を前記ノズルから吐出させる鉛成分を含まない無鉛材料で作成された圧電素子で構成されているアクチュエータと、を有する薬液吐出装置。
【請求項２】
前記薬液吐出装置は、使用済みの前記薬液吐出装置の本体が廃棄される使い捨て部品である請求項１に記載の薬液吐出装置。
【請求項３】
前記薬液吐出装置は、前記圧力室構造体から吐出される前記薬液を受ける受部の１つの開口部に対し、複数のノズルが配置される請求項１または２のいずれかに記載の薬液吐出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薬液吐出装置と、
前記薬液吐出装置を係合する係合部を有するとともに、ガイドレールに沿って移動可能な薬液吐出装置装着モジュールとを、有する薬液滴下装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、薬液吐出装置と薬液滴下装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学、薬学などの分野の研究開発や医療診断や検査、農業試験において、ピコリットル（ｐＬ）からマイクロリットル（μＬ）の液体を分注する操作を行うことがある。
【０００３】
これらは一般に用量応答実験と呼ばれ、化合物の有効濃度を決定するため、多くの異なった濃度の化合物をマイクロプレートのウエルなどの容器内に作成する。このような用途で使用される薬液滴下装置がある。この薬液滴下装置は、着脱可能な薬液吐出装置を有している。
【０００４】
用量応答実験においては、多種類の薬液を使用する。また医療、バイオ用途においては、コンタミネーションを防止するため、薬液吐出装置は使い捨てとなる。従って、使い捨て部品が大量に出る。
【０００５】
薬液滴下装置と異なるインクジェットプリンタのアクチュエータの代表的な構成要素である圧電素子の圧電材料は、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）が一般的である。
【０００６】
多種類の薬液を使用する用量応答実験に代表される医療、バイオ系用途においては、薬液滴下装置に薬液吐出装置を脱着交換する作業が１日に複数回行われるため、廃棄処理が必要な薬液吐出装置が大量に発生する。そのため、薬液滴下装置にインクジェットプリンタと同様にアクチュエータに鉛を含む材料を使用した場合は、使用後の廃棄処理における環境負荷がインクジェットプリンタの場合に比べて格段に大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許公開第２０１４／０２９７０２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本実施形態の課題は、環境負荷の小さい、使い捨て用途の薬液吐出装置と薬液滴下装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の薬液吐出装置は、圧力室構造体と、薬液保持容器と、アクチュエータと、を有する。圧力室構造体は、薬液を吐出するノズルに連通し、内部に前記薬液が充填される圧力室が形成され、前記薬液を前記ノズルから吐出する側の第１の面と前記圧力室へ前記薬液を供給する側の第２の面を有する。薬液保持容器は、前記第２の面に装着され、前記薬液を受ける薬液受け口と、前記圧力室内に連通する薬液出口を有する。アクチュエータは、前記圧力室内の圧力を変化させ、前記圧力室内の前記薬液を前記ノズルから吐出させる。前記アクチュエータは、鉛成分を含まない無鉛材料で作成された圧電素子で構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態の薬液吐出装置が搭載される薬液滴下装置の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の薬液吐出装置を示す上面（薬液保持容器側）の平面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の薬液吐出装置を示す下面（薬液吐出側）の平面図である。
【図４】図４は、図２のＦ４−Ｆ４線断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態の薬液吐出装置の薬液吐出アレイを示す平面図である。
【図６】図６は、図５のＦ６−Ｆ６線断面図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る薬液吐出装置のノズルの周辺構造を示す縦断面図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の薬液吐出装置のアクチュエータの無鉛材料の一例を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施形態の薬液吐出装置のアクチュエータの無鉛材料の他の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態の薬液吐出装置のアクチュエータの無鉛材料の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際のものと異なる個所があるが、これらは適宜、設計変更することができる。
【００１２】
（第１の実施形態）  
第１の実施形態の薬液吐出装置の一例について図１乃至図７を参照して説明する。図１は、薬液滴下装置１で使用される第１の実施形態の薬液吐出装置２の使用例を示す斜視図である。図２は、薬液吐出装置２の上面図であり、図３は薬液吐出装置２の液滴を吐出する面である下面図を示す。図４は、図２のＦ４−Ｆ４線断面図を示す。図５は、第１の実施形態の薬液吐出装置２の薬液吐出アレイ２７を示す平面図である。図６は、図５のＦ６−Ｆ６線断面図である。図７は、第１の実施形態に係る薬液吐出装置２のノズル１１０の周辺構造を示す縦断面図である。
【００１３】
薬液滴下装置１は、矩形平板状の基台３と、薬液吐出装置を装着する装着モジュール５と、を有する。本実施形態では、１５３６穴のマイクロプレート４へ薬液を滴下する実施形態について説明する。ここでは、基台３の前後方向をＸ方向、基台３の左右方向をＹ方向と称する。Ｘ方向とＹ方向とは直交する。
【００１４】
マイクロプレート４は、基台３の中央位置に固定されている。基台３の上には、マイクロプレート４の両側に、Ｘ方向に延設された左右一対のＸ方向ガイドレール６ａ、６ｂを有する。各Ｘ方向ガイドレール６ａ、６ｂの両端部は、基台３上に突設された、固定台７ａ、７ｂに固定されている。
【００１５】
Ｘ方向ガイドレール６ａ、６ｂ間には、Ｙ方向に延設されたＹ方向ガイドレール８が架設されている。Ｙ方向ガイドレール８の両端は、Ｘ方向ガイドレール６ａ、６ｂに沿ってＸ方向に摺動可能なＸ方向移動台９にそれぞれ固定されている。
【００１６】
Ｙ方向ガイドレール８には、装着モジュール５がＹ方向ガイドレール８に沿ってＹ方向に移動可能なＹ方向移動台１０が設けられている。このＹ方向移動台１０には、装着モジュール５が装着されている。この装着モジュール５には、本実施形態の薬液吐出装置２が固定されている。これにより、Ｙ方向移動台１０がＹ方向ガイドレール８に沿ってＹ方向に移動する動作と、Ｘ方向移動台９がＸ方向ガイドレール６ａ、６ｂに沿ってＸ方向に移動する動作との組み合わせにより、薬液吐出装置２は、直交するＸＹ方向の任意の位置に移動可能に支持されている。
【００１７】
第１の実施形態の薬液吐出装置２は、矩形板状の板体である平板状のベース部材２１を有する。図２に示すようにこのベース部材２１の表面側には、複数の薬液保持容器２２がＹ方向に一列に並設されている。本実施形態では８個の薬液保持容器２２で説明しているが、個数は８個に限らない。薬液保持容器２２は、図４に示すように上面が開口された有底円筒形状の容器である。ベース部材２１の表面側には、各薬液保持容器２２と対応する位置に円筒形状の薬液保持容器用凹陥部２１ａが形成されている。
【００１８】
薬液保持容器２２の底部は、この薬液保持容器用凹陥部２１ａに接着固定されている。さらに、薬液保持容器２２の底部には、中心位置に薬液出口となる開口部２２ａが形成されている。薬液保持容器２２の上面開口部２２ｂの開口面積は、薬液出口の開口部２２ａの開口面積よりも大きくなっている。
【００１９】
また、ベース部材２１の両端には、装着モジュール５へ装着固定させるための装着固定用切欠き（係合凹部）２８がそれぞれ形成されている。このベース部材２１の２つの切欠き２８は、半長円形の切欠き形状に形成されている。なお、装着固定用切欠き２８は、半円形、半楕円形、三角形の切欠き形状等であってもよい。本実施形態では２つの切欠き２８の形状を異ならせている。これにより、ベース部材２１の左右の形状が異なり、ベース部材２１の姿勢の確認が行いやすくなっている。
【００２０】
図３に示すようにベース部材２１の裏面側には、薬液保持容器２２と同数の電装基板２３がＹ方向に一列に並設されている。電装基板２３は、矩形状の平板部材である。ベース部材２１の裏面側には、図４に示すように電装基板２３の装着用の矩形状の電装基板用凹陥部２１ｂと、この電装基板用凹陥部２１ｂと連通する薬液吐出アレイ部開口２１ｄとが形成されている。電装基板用凹陥部２１ｂの基端部は、ベース部材２１の図３中で上端部近傍位置（図４中で右端部近傍位置）まで延設されている。電装基板用凹陥部２１ｂの先端部は、図４に示すように薬液保持容器２２の一部と重なる位置まで延設されている。電装基板２３は、電装基板用凹陥部２１ｂに接着固定されている。
【００２１】
電装基板２３には、電装基板用凹陥部２１ｂとの接着固定面とは反対側の面に電装基板配線２４がパターニング形成されている。この電装基板配線２４には、後述する下部電極１３１の端子部１３１ｃ（図５参照）及び上部電極１３３の端子部１３３ｃ（図５参照）とそれぞれ接続される２つの配線パターン２４ａ、２４ｂが形成されている。
【００２２】
電装基板配線２４の一端部には、外部からの制御信号を入力するための制御信号入力端子２５が形成されている。電装基板配線２４の他端部には、電極端子接続部２６を備える。電極端子接続部２６は、図５に示す後述する薬液吐出アレイ２７に形成された下部電極端子部１３１ｃ及び上側電極端子部１３３ｃと接続するための接続部である。
【００２３】
また、ベース部材２１には、薬液吐出アレイ部開口２１ｄの貫通穴が設けられている。薬液吐出アレイ部開口２１ｄは、図３に示すように矩形状の開口部で、ベース部材２１の裏面側に凹陥部２１ａと重なる位置に形成されている。
【００２４】
薬液保持容器２２の下面には、薬液保持容器２２の開口部２２ａを覆う状態で図５に示す薬液吐出アレイ２７が接着固定されている。この薬液吐出アレイ２７は、ベース部材２１の薬液吐出アレイ部開口２１ｄと対応する位置に配置されている。
【００２５】
図６に示すように薬液吐出アレイ２７は、ノズルプレート１００と、圧力室構造体２００とが積層されて形成されている。ノズルプレート１００は、薬液を吐出するノズル１１０と、振動板１２０と、駆動部である駆動素子１３０と、保護層である保護膜１５０と、撥液膜１６０とを備える。振動板１２０と駆動素子１３０によってアクチュエータ１７０が構成されている。本実施形態では、アクチュエータ１７０は、鉛成分を含まない無鉛材料（非鉛材料）で作成された圧電素子で構成されている。図５に示すように複数のノズル１１０は、例えば３×３列に配列される。本実施形態の複数のノズル１１０は、薬液保持容器２２の薬液出口の開口部２２ａの内側に位置する。
【００２６】
振動板１２０は、例えば圧力室構造体２００と一体に形成される。圧力室構造体２００を製造するためのシリコンウエハ２０１を酸素雰囲気で加熱処理すると、シリコンウエハ２０１の表面にＳｉＯ２（酸化シリコン）膜が形成される。振動板１２０は、酸素雰囲気で加熱処理して形成されるシリコンウエハ２０１の表面のＳｉＯ２（酸化シリコン）膜を用いる。振動板１２０は、シリコンウエハ２０１の表面にＣＶＤ法（化学的気相成膜法）でＳｉＯ２（酸化シリコン）膜を成膜して形成しても良い。
【００２７】
振動板１２０の膜厚は、１〜３０μｍの範囲が好ましい。振動板１２０は、ＳｉＯ２（酸化シリコン）膜に代えて、ＳｉＮ（窒化シリコン）等の半導体材料、或いは、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）等を用いることもできる。
【００２８】
駆動素子１３０は、各ノズル１１０毎に形成されている。駆動素子１３０は、ノズル１１０を囲む円環状の形状である。駆動素子１３０の形状は限定されず、例えば円環の一部を切り欠いたＣ字状でも良い。図７に示すように駆動素子１３０は、圧電体である圧電体膜１３２を挟んで下部電極１３１の電極部１３１ａと、上部電極１３３の電極部１３３ａとを備える。電極部１３１ａと、圧電体膜１３２及び電極部１３３ａは、ノズル１１０と同軸であり、同じ大きさの円形パターンである。
【００２９】
下部電極１３１は、円形の複数のノズル１１０と同軸の円形の複数の電極部１３１ａをそれぞれ備える。なお、図５中では駆動素子１３０として下部電極１３１の電極部１３１ａと、上部電極１３３の電極部１３３ａとが重なった状態で示されている。図５に示すように下部電極１３１は、複数の電極部１３１ａを接続する配線部１３１ｂを備え、配線部１３１ｂの端部に端子部１３１ｃを備える。
【００３０】
駆動素子１３０は、下部電極１３１の電極部１３１ａ上に圧電材料である圧電体膜１３２を備える。圧電体膜１３２は、ＫＮＮ（ＫＮｂＯ３とＮａＮｂＯ３の化合物）を用いた。
【００３１】
圧電体膜１３２は、鉛成分を含まない無鉛材料で作成されている。この無鉛材料は、例えばぺロブスカイト構造、又は複合ペロブスカイト構造、イルメナイト構造、タングステンブロンズ構造の酸化物、Ａ２Ｂ２Ｏ７ペロブスカイトスラブ構造、層状構造酸化物、ビスマス層状構造強誘電体のうちいずれか１つの構造体、ＺｎＯ、ＡｌＮである。図８の［１−１］、［１−２］、［１−３］、［１−４］、［１−５］、［１−６］、［１−７］および図９の［１−８］、［１−９］、［１−１０］、［１−１１］、［１−１２］、［１−１３］は、ぺロブスカイト構造、又は複合ペロブスカイト構造の構造体を示す。これは、BaTiO3、(Ba,Sr)(Ti,Al)O3、BaTiO3-BiMnO3、BaTiO3-BiFeO3、BaTiO3-BiScO3 [BaTiO3-(Bi2O3-Sc2O3)]、BaTiO3-SrTiO3、0.92BaTiO3-0.08CaTiO3、(Bi0.5Na0.5)TiO3 , BNT)、(Bi0.5K0.5)TiO3 (BKT) 、(Bi0.5Ag0.5)TiO3, BAT)、(Bi0.5Li0.5)TiO3 , BLiT)、0.7BaTiO3-0.3BaZrO3(BTZ)、0.95BaTiO3-0.05BaZrO3(BTZ)、BaTi0.91(Hf0.5Zr0.5)0.09O3、0.84(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.16(Bi0.5K0.5)TiO3、(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3、0.97(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.03NaNbO3、(Bi0.51Na0.49)(Sc0.02Ti0.98)O3、0.995(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.005BiFeO3、(Bi0.45Na0.42Ba0.13)(Ti0.97Fe0.03)O3、(Bi0.5Na0.5)0.945Ba0.055TiO3、Ca1-xLa2x/3TiO3、Ca1-xNd2x/3TiO3、(Ca0.25Cu0.75)TiO3、CaTiO3 、CdTiO3、SrTiO3、La2/3TiO3、(La0.5Li0.5)TiO3、(Nd0.5Li0.5)TiO3、(Dy1/3Nd1/3)TiO3、ScTiO3、CeTiO3、GdTiO3、YTiO3、(Nd1/2Na1/2)TiO3 、(Y1/2Na1/2)TiO3、(Er1/2Na1/2)TiO3、(Tm1/2Na1/2)TiO3、(Yb1/2Na1/2)TiO3、ScMnO3、YMnO3、InMnO3、HoMnO3、ErMnO3、TmMnO3、YbMnO3、LuMnO3、LaMnO3、CeMnO3、PrMnO3、NdMnO3、SmMnO3、EuMnO3、GdMnO3、TbMnO3、DyMnO3、KNbO3、K(Ta0.55Nb0.45)O3、NaNbO3、(Na0.5K0.5)NbO3、BaNbO3、SrNbO3、Gd1/3NbO3、AgNbO3、(Bi0.5Ag0.5)NbO3、AgTaO3、Ag (Ta0.5Nb0.5)O3、KTaO3、(Li0.85Ca0.15)(Ta0.85Ti0.15)O3 (0.85LiTaO3-0.15CaTiO3)、NaTaO3、(K0.5Na0.5)TaO3、BaZrO3、CaZrO3、SrZrO3、BaSnO3、BaMoO3、BaPrO3、BaHfO3、BaBiO3、BaBiO2.8、Ba0.6K0.4BiO3、BaCeO3、Ba(Na1/2Re1/2)O3、Ba(Ni1/2W1/2)O3、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、Ba(Li1/4Nb3/4)O3、BaZnO3、Ba(ZnxNb1-x)O3、BiCrO3、BiFeO3、BiMnO3、BiScO3、BiGaO3、BiInO3、BiDyO3、BiErO3、BiEuO3、BiGdO3、BiHoO3、BiSmO3、BiYO3、BiAlO3、Bi(Zn0.5Ti0.5)O3、Bi(Mg0.5Ti0.5)O3、Bi(Ni0.5Ti0.5)O3、Bi(Fe0.5Ti0.5)O3、Bi(Fe0.5Ta0.5)O3、Bi(Mn0.5Ti0.5)O3、Bi(Mg0.5Zr0.5)O3、Bi(Zn0.5Zr0.5)O3、Bi(Mn0.5Zr0.5)O3、Bi(Ni0.5Zr0.5)O3、(La1-xBix)(Mg0.5Ti0.5)O3、Bi(Mg2/3Nb1/3)O3、Bi(Ni2/3Nb1/3)O3、Bi(Zn1/3Nb2/3)O3、LaAlO3 、LaAlO3-SrTiO3、LaErO3、LaFeO3、LaGaO3、LaScO3、LaInO3、LaLuO3、LaNiO3、La2/3TiO3、LaVO3、LaCrO3、La(Zn0.5Ti0.5)O3、La(Mg0.5Ti0.5)O3、La(Mn0.5Ti0.5)O3、La(Mn0.5Zr0.5)O3、Ca(Al1/2Nb1/2)O3、Ca(Al1/2Ta1/2)O3、Ca(Li1/2Re1/2)O3、Ca(Li1/4Nb3/4)O3、CaFeO3、CaSnO3、Sr(Fe1/2Ta1/2)O3、Sr(La1/2Ta1/2)O3、Sr(Li1/4Nb3/4)O3、Sr(Fe2/3W1/3)O3、SrSnO3、SrCeO3、Ba2BiNbO6、Ba2BiTaO6、Ba3Bi2WO9、Ba3Bi2MoO9、Ce(Mn0.5Ti0.5)O3、Ce(Mn0.5Zr0.5)O3、DyScO3、NdAlO3、PrGaO3、SmAlO3、Tl(Co0.5Ti0.5)O3、Tl(Co0.5Zr0.5)O3を含む。
【００３２】
図１０の［２］は、イルメナイト構造の構造体を示す。これは、LiNbO3、(Na0.86Li0.14)NbO3、(Na0.5Li0.5)NbO3、(Na0.08Li0.92)NbO3、LiTaO3、HSbO3、LiSbO3、NaSbO3、KSbO3、AgSbO3、LiBiO3、NaBiO3、AgBiO3を含む。図１０の［３］は、Ba4Na2Nb10O30、Ba2NaNb5O15 = NaNbO3+BaNb2O6、Ba2NaTa5O15、Ba2KNb5O15、Sr2KNb5O15、Sr2NaNb5O15、K0.8Na0.2Ba2Nb5O15、(Ba1-xSrx)2NaNb5O15、Sr2-xCaxNaNb5O15、K3Li2Nb5O15、K2BiNb5O15、(Sr1-xBax)Nb2O6、(Sr0.3Ba0.7)Nb2O6、Ba5SmTi3Nb7O30、Ba5SmTi2ZrNb7O30、Ba5SmTiZr2Nb7O30、Ba5SmZr3Nb7O30を含む。図１０の［４］は、Ａ２Ｂ２Ｏ７ペロブスカイトスラブ構造の構造体を示す。これは、Sr2Nb2O7、Sr2Ta2O7、Sr2(Nb1-xTax)2O7、La2Ti2O7を含む。図１０の［５］は、層状構造酸化物の構造体を示す。これは、BaNbn+3mO3n+3m [(BaNbO3)n(NbO)3m]、Ba2Nb5O9、BaNb4O6、BaNb7O9、Sr2Nb5O9、Sr2Nb8O12、SrNbn+3mO3n+3m [(SrNbO3)n(NbO)3m]、CaNbn+3mO3n+3m [(CaNbO3)n(NbO)3m]を含む。図１０の［６−１］、［６−２］、［６−３］、［６−４］、［６−５］、［６−６］、［６−７］、［６−８］は、ビスマス層状構造強誘電体の構造体を示す。これは、Ba2Bi4Ti5O18、BaBi2Nb2O9、BaBi2Ta2O9、BaBi4Ti4O15= BaTiO3+Bi4Ti3O12、Bi3TiNbO9、Bi3TiTaO9、Bi4Ti3O12、Bi5Ti3GaO15、(Bi,La)4Ti3O12、Bi7Ti4NbO21、Ca2Bi4Ti5O18、CaBi2Nb2O9、CaBi2Ta2O9、CaBi4Ti4O15= CaTiO3+Bi4Ti3O12、K0.5Bi2.5Nb2O9、K0.5Bi2.5Ta2O9、K0.5Bi4.5Ti4O15、KBi5Ti5O18 = 2K0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Li0.5Bi2.5Nb2O9、Li0.5Bi2.5Ta2O9、Li0.5Bi4.5Ti4O15 = Li0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、LiBi5Ti5O18 = CaTiO3+Bi4Ti3O12、Na0.5Bi2.5Nb2O9、Na0.5Bi2.5Ta2O9、Na0.5Bi4.5Ti4O15、NaBi5Ti5O18 = 2Na0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Sr2Bi4Ti5O18、SrBi2(Nb,Ta)2O9  、SrBi2(V,Nb)2O9  、SrBi2Nb2O9  、SrBi2Ta2O9  、SrBi4Ti4O15 = SrTiO3+Bi4Ti3O12、AgBi5Ti5O18 = 2Ag0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Bi2WO6、Cu0.5Bi4.5Ti4O15 = Cu0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、Rb0.5Bi4.5Ti4O15 = Rb0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、RbBi5Ti5O18 = 2Rb0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12 、(Sr0.2Ca0.8)1-xNd2x/3Bi2Ta2O9、(Sr1-xBax)Bi2Ta2O9、ThBi2Ti2O9、Tl0.5Bi4.5Ti4O15 = Tl0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12、TlBi5Ti5O18 = 2Tl0.5Bi0.5TiO3+Bi4Ti3O12を含む。尚、前記材料の組成比を変えた化合物や、２つ以上の前記材料の化合物、前記材料や２つ以上の前記材料の化合物に微量の元素を添加した複合組成化合物も含まれる。
【００３３】
圧電体膜１３２は、厚み方向に分極を発生する。分極と同じ方向の電界を圧電体膜１３２に印加すると、圧電体膜１３２は、電界方向と直交する方向に伸縮する。言い換えると、圧電体膜１３２は、膜厚に対して直交する方向に収縮し、或いは伸長する。
【００３４】
駆動素子１３０の上部電極１３３は、圧電体膜１３２上にノズル１１０と同軸であって、圧電体膜１３２と同一形状の円環状の形状である。図７に示すように上部電極１３３は、複数の電極部１３３ａを接続する配線部１３３ｂを備え、配線部１３３ｂの端部に二つの端子部１３３ｃ（図５参照）を備える。上部電極１３３を一定電圧に接続した場合は、下部電極１３１へ電圧制御信号を印加する。
【００３５】
下部電極１３１は、例えばスパッタリング法によりＴｉ（チタン）とＰｔ（白金）を積層して厚さ０．５μｍに形成する。下部電極１３１の膜厚は、概ね０．０１〜１μｍの範囲となる。下部電極１３１は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ（金）、ＳｒＲｕＯ３（ストロンチウムルテニウム酸化物）等の他の材料を使用できる。下部電極１３１は、各種金属を積層して使用することもできる。
【００３６】
上部電極１３３は、Ｐｔ薄膜で形成した。上部電極１３３の他の電極材料として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、ＳｒＲｕＯ３などを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。上部電極１３３は、各種金属を積層して使用することもできる。
【００３７】
ノズルプレート１００は、下部電極１３１と、上部電極１３３とを絶縁する絶縁膜１４０を備える。絶縁膜１４０は、駆動素子１３０の領域にあっては、電極部１３１ａと、圧電体膜１３２及び電極部１３３ａの周縁を覆う。絶縁膜１４０は、下部電極１３１の配線部１３１ｂを覆う。絶縁膜１４０は、上部電極１３３の配線部１３３ｂの領域で振動板１２０を覆う。絶縁膜１４０は、上部電極１３３の電極部１３３ａと配線部１３３ｂを電気的に接続するコンタクト部１４０ａを備える。
【００３８】
ノズルプレート１００は、保護膜１５０を備える。保護膜１５０は、振動板１２０のノズル１１０に連通する円筒状の薬液通過部１４１を備える。
【００３９】
ノズルプレート１００は、保護膜１５０を覆う撥液膜１６０を備える。撥液膜１６０は、薬液をはじく特性のある例えばシリコーン系樹脂をスピンコーティングして形成される。撥液膜１６０は、フッ素含有樹脂等の薬液をはじく特性を有する材料で形成することもできる。
【００４０】
圧力室構造体２００は、振動板１２０と反対側の面に、反り低減層である反り低減膜２２０を備える。圧力室構造体２００は、反り低減膜２２０を貫通して振動板１２０の位置に達し、ノズル１１０と連通する圧力室２１０を備える。圧力室２１０は、例えばノズル１１０と同軸上に位置する円形に形成される。
【００４１】
但し第１の実施形態のように、圧力室２１０は薬液保持容器２２の開口部２２ａに連通する開口部を備えている。圧力室２１０の開口部の幅方向のサイズＤより、深さ方向のサイズＬを大きくすることが好ましい。深さ方向のサイズＬ＞幅方向のサイズＤとすることにより、ノズルプレート１００の振動板１２０の振動により、圧力室２１０内の薬液にかかる圧力が、薬液保持容器２２へ逃げるのを遅らせる。
【００４２】
圧力室構造体２００は、圧力室２１０の振動板１２０が配置される側を第１の面２００ａとし、反り低減膜２２０が配置される側を第２の面２００ｂとする。圧力室構造体２００の反り低減膜２２０側には例えばエポキシ系接着剤により薬液保持容器２２が接着される。圧力室構造体２００の圧力室２１０は、反り低減膜２２０側の開口部で、薬液保持容器２２の開口部２２ａに連通する。薬液保持容器２２の開口部２２ａの開口面積は、薬液吐出アレイ２７に形成された全ての圧力室２１０の薬液保持容器２２の開口部２２ａに連通する開口部の開口面積より大きくなっている。それ故、薬液吐出アレイ２７に形成された全ての圧力室２１０は、薬液保持容器２２の開口部２２ａに連通している。
【００４３】
振動板１２０は、面状の駆動素子１３０の動作により厚み方向に変形する。薬液吐出装置は、振動板１２０の変形により圧力室構造体２００の圧力室２１０内に発生する圧力変化によって、ノズル１１０に供給された薬液を吐出する。
【００４４】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施形態の薬液吐出装置２は、薬液滴下装置１の装着モジュール５に固定して使用される。この薬液吐出装置２を装着モジュール５に取り付ける作業時には、モジュール本体１５のスリット３２の前面開口部側から薬液吐出装置２がモジュール本体１５のスリット３２の内部に挿入される。
【００４５】
薬液吐出装置２の使用時には、まず、薬液保持容器２２の上面開口部２２ｂから図示しないピペッターなどにより、薬液を所定量、薬液保持容器２２に供給する。薬液は、薬液保持容器２２の内面で保持される。薬液保持容器２２の底部の開口部２２ａは、薬液吐出アレイ２７と連通している。薬液保持容器２２に保持された薬液は、薬液保持容器２２の底面の開口部２２ａを介して薬液吐出アレイ２７の各圧力室２１０へ充填される。
【００４６】
薬液吐出装置２内に保持される薬液は、例えば低分子化合物、蛍光試薬、タンパク質、抗体、核酸、血漿、細菌、血球、細胞のいずれかを含有している。薬液の主溶媒（もっとも重量比、又は体積比が高い物質）は、一般的に、水、グリセリン、ジメチルスルホキシドである。
【００４７】
このようにセットされた状態で、電装基板配線２４の制御信号入力端子２５に電圧制御信号が入力される。電圧制御信号は、電装基板配線２４の電極端子接続部２６から下部電極１３１の端子部１３１ｃ及び上部電極１３３の端子部１３３ｃへ送られる。このとき、駆動素子１３０への電圧制御信号の印加に対応して、振動板１２０が変形して圧力室２１０の容積を変化させることにより、薬液吐出アレイ２７のノズル１１０から薬液が薬液滴として吐出される。そして、ノズル１１０から、マイクロプレート４の各ウエル開口３００に所定量の液体を滴下する。
【００４８】
圧力室２１０の圧力を制御するアクチュエータの代表的な方式として、サーマルジェット方式とピエゾジェット方式がある。本実施形態のアクチュエータ１７０は、ピエゾジェット方式である。
【００４９】
サーマルジェット方式のアクチュエータの場合は、アクチュエータである薄膜伝熱ヒータから発生する熱エネルギーにより薬液を加熱して沸騰させ、その圧力で薬液の吐出を行う。この際、薄膜伝熱ヒータは３００℃以上となるので、薬液に含有されている低分子化合物、蛍光試薬、タンパク質、抗体、核酸、血漿、細菌、血球、細胞は３００℃以上になっても変質しない耐熱性の高いものが好ましい。
【００５０】
一方、ピエゾジェット方式の場合は、アクチュエータが圧電素子である駆動素子１３０と振動板１２０で構成されている。電圧制御信号により変形した圧電素子により、振動板１２０が変形する。これにより、圧力室２１０内の薬液の圧力を制御することにより、薬液を吐出する。それ故、薬液は加熱されることがなく、吐出される。
【００５１】
薬液吐出装置２の使用時にノズル１１０から吐出される１滴の液量は、２から５ピコリットルである。そのため、滴下回数を制御することにより、マイクロプレート４の各ウエル開口３００にｐＬからμＬのオーダーの液体を滴下制御することが可能となる。ここで、マイクロプレート４の各ウエル開口３００に保持されている薬液は、細胞、血球、細菌、血漿、抗体、ＤＮＡ、核酸、タンパク質を含有した溶液のいずれかである。
【００５２】
また、本実施形態では、アクチュエータ１７０は、鉛成分を含まない無鉛材料で作成された圧電素子で構成されている。この無鉛材料で作成された圧電素子は、鉛成分を含む例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）の圧電素子と比べ圧電特性が低い。そのため、無鉛材料で作成された圧電素子の場合は、駆動時の振動板１２０の変位量がＰＺＴで作成された圧電素子よりも小さいため、１滴の液量が小さい。
【００５３】
そこで、本実施形態では、図５に示すように、マイクロプレート４の１つのウエル開口３００に対して、複数のノズル１１０（本実施形態では９個）が配置されている。このように１つのウエル開口３００に対して、複数のノズル１１０を配置することにより、圧電特性が低い圧電素子であっても短時間で必要な量の薬液の滴下を完了することができる。そのため、１５３６穴のマイクロプレート４のように、ウエル数の多いマイクロプレート４の全てのウエル開口３００に対しても短時間で必要な量の薬液の滴下を完了することができる。また、使用済みの薬液吐出装置２の本体は、廃棄される使い捨て部品である。
【００５４】
したがって、上記構成の第１の実施形態の薬液吐出装置２においては、使用済みの薬液吐出装置２の本体は、そのまま廃棄される。ここで、薬液吐出装置２のアクチュエータ１７０が鉛成分を含まない無鉛材料で作成された圧電素子で構成されているため、使用済みの薬液吐出装置２の本体を廃棄処理する際に環境負荷が小さい。
【００５５】
また、医療、バイオ系用途において、薬液吐出装置２は脱着交換が１日に複数回行われ、使用期間が非常短い。そのためアクチュエータ１７０に使用する無鉛材料の圧電素子の耐久性が、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：チタン酸ジルコン酸鉛）と比べ低くても、環境負荷の小さい使い捨て用途の薬液吐出装置２としての性能を十分満たすことができる。
【００５６】
以上説明した実施形態では、駆動部である駆動素子１３０を円形としたが、駆動部の形状は限定されない。駆動部の形状は、例えばひし形或いは楕円等であっても良い。また圧力室２１０の形状も円形に限らず、ひし形或いは楕円形、更には矩形等であっても良い。
【００５７】
また、実施形態では、駆動素子１３０の中心にノズル１１０を配置したが、圧力室２１０の薬液を吐出可能であれば、ノズル１１０の位置は限定されない。例えばノズル１１０を、駆動素子１３０の領域内ではなく、駆動素子１３０の外側に形成しても良い。ノズル１１０を駆動素子１３０の外側に配置した場合には、駆動素子１３０の複数の膜材料を貫通してノズル１１０をパターニングする必要がない。そのため、駆動素子１３０の複数の膜材料は、ノズル１１０に対応する位置の開口パターニングが不要であり、ノズル１１０は振動板１２０と保護膜１５０をパターニングするのみで形成でき、パターニングが容易となる。
【００５８】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、環境負荷の小さい、使い捨て用途の薬液吐出装置と薬液滴下装置を提供することができる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１…薬液滴下装置、２…薬液吐出装置、１５…モジュール本体、２１…ベース部材、２１ａ…薬液保持容器用凹陥部、２１ｂ…電装基板用凹陥部、２１ｄ…薬液吐出アレイ部開口、２２…薬液保持容器、２７…薬液吐出アレイ、１００…ノズルプレート、１３０…駆動素子、１７０…アクチュエータ、２００…圧力室構造体。
【図１】
2018099653.tif 000003
【図２】
2018099653.tif 000004
【図３】
2018099653.tif 000005
【図４】
2018099653.tif 000006
【図５】
2018099653.tif 000007
【図６】
2018099653.tif 000008
【図７】
2018099653.tif 000009
【図８】
2018099653.tif 000010
【図９】
2018099653.tif 000011
【図１０】
2018099653.tif 000012