(57)【要約】【課題】ニードル、ピンなどの液滴塗布具を塗布対象の基板表面に押し付ける力を精度良く制御でき、紙などの基板表面にも液滴を塗布可能な微小液滴塗布装置を提案すること。【解決手段】微小液滴塗布装置１では、各ピンアクチュエータ１０のピン１３の先端に塗布用の薬液１４を付着させ、超音波モータ１２を駆動して、ピン１３の先端部１３ｂを、液滴塗布対象の基板の表面４ａに押し付けて、薬液を基板表面４ａに付着させる。ピン１３が基板表面４ａに当った後は、駆動状態の超音波モータ１２の振動板２２とリニア駆動ロッド２１の間に滑りが生じ、基板表面４ａに対するピン１３の押し付け力が一定に保持される。超音波モータ１２の摩擦駆動部分の摩擦係合力を予め調整しておくことにより、ピン１３の位置決め精度を上げることなく、その押し付け力を所望の値に制御できる。【選択図】図３
2008190926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン、ニードルなどの液滴塗布具の先端に塗布用の液滴を付着させ、
超音波モータを用いて、前記液滴塗布具の先端を、液滴塗布対象の基板の表面に向けて移動させ、
当該液滴塗布具の先端を、前記基板の表面に押し付けて、当該先端に付着している液滴を前記基板の表面に付着させ、
当該液滴塗布具の先端が前記基板の表面に当ると、駆動状態の前記超音波モータの摩擦駆動部分に滑りが発生して、前記基板の表面に対する前記液滴塗布具の先端の押し付け力が一定に保持されることを特徴とする微小液滴塗布方法。
【請求項２】
スリーブの内部に、毛細管力によって塗布用の液滴を保持し、
このスリーブの軸線方向の一方の側に前記液滴塗布具を同軸状に配置し、他方の側に前記基板を配置し、
前記超音波モータを用いて、前記スリーブ内を通して、前記液滴塗布具を軸線方向に移動させ、
前記スリーブ通過時に、前記液滴塗布具の先端に前記液滴を付着させることを特徴とする請求項１に記載の微小液滴塗布方法。
【請求項３】
請求項１に記載の微小液滴塗布方法により液滴を基板の表面に塗布する微小液滴塗布装置であって、
液滴塗布対象の基板の表面に液滴を塗布するための液滴塗布具と、
この液滴塗布具をその軸線方向に移動させるための超音波モータとを有し、
この超音波モータは、圧電素子と、この圧電素子の変形により、前記液滴塗布具をその軸線方向に送り出すように振動する振動体と、この振動体および前記液滴塗布具を摩擦係合状態に保持している付勢部材とを備えており、
前記基板の表面に対する前記液滴塗布具の押し付け力が所定の値となるように、前記付勢部材の付勢力によって生ずる前記振動板と前記液滴塗布具の間の摩擦係合力が設定されていることを特徴とする微小液滴塗布装置。
【請求項４】
塗布対象の液滴を毛細管力によって内部に保持可能なスリーブを有し、
前記液滴塗布具はこのスリーブと同軸状態に配置されており、
前記超音波モータによって、前記液滴塗布具の先端部分は、前記スリーブの内部を通って軸線方向に往復移動することを特徴とする請求項３に記載の微小液滴塗布装置。
【請求項５】
前記液滴塗布具、前記超音波モータ、および前記スリーブを備えたアクチュエータを複数組有していることを特徴とする請求項４に記載の微小液滴塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピンあるいはニードルの先に塗布用の液滴を付着させ、塗布対象の基板の表面に押し付けることにより当該表面に微小液滴を付着させる微小液滴塗布方法および装置に関し、特に、ＤＮＡなどの生体試料を含む溶液を基板の表面にマトリックス状に付着させてＤＮＡチップなどを製作するのに適した微小液滴塗布方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に溶液の微小スポットをマトリックス状に塗布する液滴塗布装置が知られている。液滴塗布装置を用いて、例えば、スライド基板やシリコン基板の表面に、ＤＮＡ断片などを含む生体試料のスポットがマトリックス状に配列された構成のＤＮＡマイクロアレイ（ＤＮＡチップ）などが製作される。
【０００３】
特許文献１にはこの種のマイクロアレイ作製装置が開示されている。ここに開示の装置は、溶液を保持するマイクロアレイ製作用ヘッドを基板に打ち付けて、当該基板の表面上に生体試料の溶液のスポットを配列するためのものである。このマイクロアレイ作製用ヘッドは多数列のニードルを備えており、ＸＹ２軸搬送機構によって、多数の基板が載置されている作業台の真上まで移動される。作業台の真上からは、送りねじおよび電動モータからなるＺ軸駆動機構によってマイクロアレイ製作用ヘッドが基板表面に接近した位置まで移動される。この後は、当該ヘッドの液溜め部材から各ニードルが同時に突出して、各ニードルの先端が基板表面に押し付けられて、各ニードル先端の溶液が基板表面に付着して、基板表面に多数列の溶液のスポットが形成される。
【０００４】
ニードルを基板表面に押し付けるための機構としてエアシリンダが用いられ、各ニードルが同時に移動する。また、各ニードルの後端がそれぞれコイルスプリングによって支持されており、ニードルが基板表面に当ると、コイルスプリングが圧縮して基板に過度の荷重が作用しないようになっている。なお、ニードルを基板表面に押し付けるための駆動機構としては、サーボモータが用いられる場合もある。
【特許文献１】特開２００４−３２５４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来におけるマイクロアレイ作製装置などの液滴塗布装置においては、ニードル、ピンなどの液滴塗布具の先端を基板表面に押し付ける力を一定に保持するためには、ヘッドの高さ位置を精度良く管理する必要があり、また、全ての液滴塗布具の押し付け力をバラツキなく一定に保持することが困難である。
【０００６】
例えば、上記の特許文献１においては、電動モータによってヘッドを基板表面に接近した高さ位置まで移動させ、しかる後にエアシリンダによってニードルを基板表面に押し付けている。電動モータによるヘッドの高さ位置を精度良く規定できないと、ニードルを基板表面に押し付けた際におけるコイルスプリングの圧縮状態が変化し、押し付け力にばらつきが生ずる。また、高さ位置を精度良く調整できたとしても、各ピンを支持している各コイルスプリングの圧縮状態にバラツキがあると、各ピンの押し付け力にバラツキが生じてしまう。
【０００７】
押し付け力が弱すぎると、ニードル先端の溶液を基板表面に確実に付着させることができないおそれがある。押し付け力が強すぎると、基板表面あるいは、塗布される生体試料などを損傷するおそれがある。
【０００８】
特に、紙のような薄い基板の表面に試薬などを塗布する場合には、ニードルの押し付け力が強すぎると媒体を損傷してしまう。したがって、従来においては、液滴を紙などの薄い基板の表面に塗布する場合には、ニードル、ピンなどの先端を基板表面に押し付ける接触型の液滴塗布装置は殆ど使用されず、非接触型のインクジェット方式などによる液滴塗布装置が使用されているのが一般的である。
【０００９】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、ニードル、ピンなどの液滴塗布具を塗布対象の基板表面に押し付ける力を簡単かつ精度良く制御でき、紙などの基板表面にも液滴を塗布することのできる微小液滴塗布方法および微小液滴塗布装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の微小液滴塗布方法は、
ピン、ニードルなどの液滴塗布具の先端に塗布用の液滴を付着させ、
超音波モータを用いて、前記液滴塗布具の先端を、液滴塗布対象の基板の表面に向けて移動させ、
当該液滴塗布具の先端を、前記基板の表面に押し付けて、当該先端に付着している液滴を前記基板の表面に付着させ、
当該液滴塗布具の先端が前記基板の表面に当ると、駆動状態の前記超音波モータの摩擦駆動部分に滑りが発生して、前記基板の表面に対する前記液滴塗布具の先端の押し付け力が一定に保持されることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、先端に液滴が付着している液滴塗布具を超音波モータにより移動させて液滴塗布対象の基板の表面に押し付けるようにしている。超音波モータは、超音波領域の機械的振動を利用した摩擦駆動式のアクチュエータであるので、液滴塗布具の先端が基板表面に当って移動が阻止されると、その摩擦駆動部分に滑りが生じ、液滴塗布具は基板表面に一定の押し付け力で押し付けられた状態に保持される。
【００１２】
したがって、超音波モータの摩擦駆動部分の摩擦係合力を予め調整しておけば、液滴塗布具の位置を管理することなく、超音波モータを駆動状態のままに保持しているだけで、液滴塗布具が基板表面に当った状態での押し付け力を所望の値に保持することができる。よって、エアシリンダ、電動モータとコイルスプリングとを用いて液滴塗布具の基板表面に対する押し付け力を設定している場合とは異なり、液滴塗布具の位置調整を精度良く行うことなく、一定の押し付け力で液滴塗布具を基板表面に当てることができる。
【００１３】
ここで、液滴塗布具の先端に塗布用の液滴を付着させるためには次のようにすればよい。スリーブの内部に、毛細管力によって塗布用の液滴を保持し、このスリーブの軸線方向の一方の側に前記液滴塗布具を同軸状に配置し、他方の側に前記基板を配置し、前記超音波モータを用いて、前記スリーブ内を通して、当該液滴塗布具を軸線方向に移動させることにより、前記スリーブ通過時に、前記液滴塗布具の先端に前記液滴を付着させればよい。
【００１４】
次に、本発明は、上記の微小液滴塗布方法により液滴を基板の表面に塗布する微小液滴塗布装置に関するものであり、
液滴塗布対象の基板の表面に液滴を塗布するための液滴塗布具と、
この液滴塗布具をその軸線方向に移動させるための超音波モータとを有し、
この超音波モータは、圧電素子と、この圧電素子の変形により、前記液滴塗布具をその軸線方向に送り出すように振動する振動体と、この振動体および前記液滴塗布具を摩擦係合状態に保持している付勢部材とを備えており、
前記基板の表面に対する前記液滴塗布具の押し付け力が所定の値となるように、前記付勢部材の付勢力によって生ずる前記振動板と前記液滴塗布具の間の摩擦係合力が設定されていることを特徴としている。
【００１５】
ここで、塗布対象の液滴を毛細管力によって内部に保持可能なスリーブを配置し、前記液滴塗布具をこのスリーブと同軸状態に配置し、前記超音波モータによって、前記液滴塗布具の先端部分を、前記スリーブの内部を通って軸線方向に往復移動させるように構成することができる。
【００１６】
また、前記液滴塗布具、前記超音波モータ、および前記スリーブを備えたアクチュエータを、複数組配置することにより、基板表面に対して同時に多数の微小液滴を塗布できる。また、各液滴塗布具を個別に駆動して液滴を基板表面上の各位置に選択的に塗布することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の微小液滴塗布方法および装置では、超音波モータを用いて液滴塗布具を移動させ、当該超音波モータの摩擦駆動部分の摩擦係合力を調整しておくことにより、液滴塗布具の先端を液滴塗布対象の基板に押し付ける力を規定している。液滴塗布具の先端が基板表面に当ると、超音波モータの摩擦駆動部分に滑りが生じて、一定の押し付け力で液滴塗布具の先端が基板表面に押し付けられた状態を形成できる。
【００１８】
したがって、超音波モータを駆動状態にしたままで、液滴塗布具の先端を精度良く一定の押し付け力で基板表面に押し付けることができる。また、超音波モータは、エアシリンダ、電動モータに比べて、微小サイズにすることが容易であるので、各液滴塗布具を各超音波モータで独立して移動させることのできる微小液滴塗布装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した微小液滴塗布装置の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は本実施の形態に係る微小液滴塗布装置の全体構成図である。微小液滴塗布装置１は、微小液滴塗布ヘッド２と、この微小液滴塗布ヘッド２を図において矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示す３軸方向に搬送するための３軸搬送機構３と、液滴塗布対象の基板４を載せるためのワークテーブル５と、装置各部の駆動を制御して基板４の表面４ａに微小液滴のスポットを形成する塗布動作を行わせる駆動制御装置６とを有している。
【００２１】
微小液滴塗布ヘッド２は、ヘッドフレーム７と、このヘッドフレーム７に搭載されている複数組のピンアクチュエータ１０とを備えている。各ピンアクチュエータ１０は全体として扁平な直方体形状をしており、その厚さ方向に複数組のピンアクチュエータ１０が並列配置された状態で、ヘッドフレーム７に取り付けられている。
【００２２】
図２、図３および図４は、１組のピンアクチュエータ１０を示す斜視図、側面図および概略断面図である。図２および図３に示すように、ピンアクチュエータ１０は、扁平な厚さの矩形のユニットフレーム１１と、このユニットフレーム１１に搭載されている超音波モータ１２と、この超音波モータ１２によって軸線方向に往復移動する液滴塗布具としての円柱状のピン１３と、塗布用の薬液１４を毛細管力によって内部に保持可能なスリーブ１５とを備えている。
【００２３】
スリーブ１５はユニットフレーム１１の底側端面１１ａから下方に直角に突出する状態に取り付けられており、上側部分が円筒状部分１５ａとされ、下側部分が下方に向けて窄まった円錐状部分１５ｂとされている。円筒状部分１５ａの上端部分がユニットフレーム１１の底側端面１１ａに固定されている。このスリーブ１５の内部が薬液貯留部１６とされており、ここに、毛細管力によって所定量の薬液１４が保持される。
【００２４】
ピン１３は、このスリーブ１５の内部を同軸状態で貫通可能な状態に配置されている。このピン１３は円形断面のピン本体部分１３ａと、このピン本体部分１３ａの下端部に形成されている先細りの円錐状の先端部１３ｂとを備えている。ピン本体部分１３ａの外径は、スリーブ１５の先端開口部１５ｃを通過可能な大きなに設定されている。ピン本体部分１３ａの上側の後端は、超音波モータ１２のリニア駆動ロッド２１の下側の先端部に同軸状態で固定されている。本例では、リニア駆動ロッド２１とピン１３が一体形成された単一部品とされている。
【００２５】
次に、図２ないし図４を参照して、ピンアクチュエータ１０に搭載されている超音波モータ１２構造を詳細に説明する。超音波モータ１２は、下端にピン１３が一体形成されているリニア駆動ロッド２１と、振動体２２と、台座２３と、付勢手段としてのコイルばね２４と、押圧力調整ピン２５と、規制手段としてのリング２６と、回路基板２７とを備えており、これらの部品がユニットフレーム１１に搭載されている。
【００２６】
ユニットフレーム１１は、例えば金属製の板材から切削加工により形成され、リニア駆動ロッド２１、振動体２２、台座２３およびコイルばね２４が設けられる部分の板材が切り取られており、また、台座２３の上下端、リング２６および回路基板２７が取り付けられる部分の板材が削られて厚さ寸法が薄くなっている。すなわち、これらの各構成部材２１〜２７がユニットフレーム１１の厚さ寸法の中に収まった状態で、当該ユニットフレーム１１に搭載されている。
【００２７】
リニア駆動ロッド２１は矩形断面のロッドであり、ユニットフレーム１１の側面に形成した上下に延びる矩形の凹部１１ｂ内に装着されており、当該凹部１１ｂに沿って上下方向にスライド可能である。リニア駆動ロッド２１におけるピンアクチュエータ後側の側面２１ａには上下方向に延びる係合溝２１ｂが形成されている。
【００２８】
リニア駆動ロッド２１のピンアクチュエータ後側には、振動体２２がピンアクチュエータ前後方向に延びる状態で水平に配置されている。振動体２２の前端には前方に突出した係合突起２２Ｂが形成されており、この係合突起２２Ｂがリニア駆動ロッド２１の係合溝２１ｂに後ろ側から差し込まれて当接している。したがって、振動体２２を振動させてもリニア駆動ロッド２１および振動体２２が互いの側方にずれないようになっている。後述するように、リニア駆動ロッド２１は、振動体２２の振動によってその軸線方向（ピンアクチュエータ上下方向）に往復移動するように駆動される。
【００２９】
振動体２２は、略矩形の補強板２２Ａと、この補強板２２Ａの表裏両面に設けられた平板状の圧電素子２２Ｄとを備えている。補強板２２Ａの前端に係合突起２２Ｂが一体形成されている。補強板２２Ａの前後方向の略中央には、その上下の縁から腕部２２Ｃが上下に突出形成されている。上下の腕部２２Ｃは、補強板２２Ａからほぼ直角に突出しており、これらの端部がそれぞれ台座２３にビス止め固定されている。従って、振動体２２は、台座２３に固定された２箇所の腕部２２Ｃの固定位置を支点として振動するようになっている。
【００３０】
台座２３は金属製の板材からなり、振動体２２の矩形平板状部分が接触しないように、振動体２２と対向する部分に凹状の窪み部２３Ａが形成されている。また、台座２３の上下端には、表裏にそれぞれ凸状および凹状の係止爪２３Ｂ、２３Ｃが形成されている。これらの係止爪２３Ｂ、２３Ｃの間にユニットフレーム１１の板厚が薄くされた部分を挟むことにより、台座２３は、ユニットフレーム１１に対して、その板厚方向への移動が規制され、かつ、振動体２２の長手方向（ピンアクチュエータ前後方向）に沿ってスライド自在の状態で取り付けられている。
【００３１】
台座２３の後側の端面には、振動体２２を挟み上下の部位に、それぞれコイルばね２４が当接されている。コイルばね２４には押圧力調整ピン２５の軸部２５Ａが挿通されている。コイルばね２４は、台座２３の端面と、押圧力調整ピン２５の軸部２５Ａに形成したばね受け用段部との間に、圧縮状態で装着されている。従って、コイルばね２４のばね力は、台座２３を介して振動体２２をリニア駆動ロッド２１に押圧する押圧力として作用する。
【００３２】
押圧力調整ピン２５は、振動体２２の長手方向に沿って進退自在にユニットフレーム１１に螺合されている。この押圧力調整ピン２５を回転させてコイルばね２４の伸縮量を変化させることで、振動体２２をリニア駆動ロッド２１に押圧する押圧力を調整可能である。また、振動体２２を挟んで上下に設けられたコイルばね２４の伸縮量をそれぞれ独立して調整することで、振動体２２の係合突起２２Ｂがリニア駆動ロッド２１に当接する角度を微調整することができる。
【００３３】
一方、リニア駆動ロッド２１の前側には、上下一対のリング２６が配置されている。これらのリング２６の外周面は、リニア駆動ロッド２１における前側の側面２１ｃに当接した状態となっている。また、各リング２６は、リニア駆動ロッド２１の上下方向への移動に伴って連れ回り可能な状態でユニットフレーム１１に取り付けられている。各リング２６は、コイルばね２４による振動体２２からリニア駆動ロッド２１への押圧力の反力を受けるとともに、リニア駆動ロッド２１の側面における両側の角部の面取り部分に外側から係合して、リニア駆動ロッド２１が左右方向に移動しないように規制する規制手段として機能する。
【００３４】
次に、回路基板２７はフィルム上に配線パターンがプリントされたものであり、この配線パターンには、振動体２２の側に素子側端子２７Ａが形成され、ユニットフレーム１１から上方に引き出されている部分には制御側端子２７Ｂが形成されている。素子側端子２７Ａは、後述する圧電素子２２Ｄの電極と結線され、制御側端子２７Ｂは、ピンアクチュエータ１０の各ピン１３の駆動を制御する駆動制御装置６の側の制御回路基板の端子（図示せず）と結線されている。したがって、制御回路基板からの信号に基づき、回路基板２７を介して振動体２２の圧電素子２２Ｄに印加された電圧によって、振動体２２が振動してリニア駆動ロッド２１の駆動が制御される。
【００３５】
次に、振動体２２の構造、および振動体２２による駆動機構について詳説する。振動体２２を構成する補強板２２Ａは、ステンレス鋼、その他の材料から構成されている。補強板２２Ａの両面の略矩形状部分に接着された圧電素子２２Ｄは、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の材料の中から、適宜選択した材料から構成されている。
【００３６】
ここで、図５に示すように、圧電素子２２Ｄの両面には電極が形成されている。電極は、ニッケルメッキ層および金メッキ層などから形成されている。電極は、切欠によって互いに電気的に絶縁された複数の電極を長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成した構成となっている。すなわち、図５（ａ）に示すように、圧電素子２２Ｄを幅方向にほぼ三等分するように二本の溝２２０ａ、２２０ｂが形成され、これらの溝２２０ａ、２２０ｂで分割された三つの電極のうち両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝２２０ｃ、２２０ｄが形成されている。これらの溝２２０ａ〜２２０ｄにより、圧電素子２２Ｄの両面にはそれぞれ５つの電極２２１〜２２５が形成され、これらの電極２２１〜２２５と基板２７の素子側端子２７Ａとが図示しないリード線で接続されている。
【００３７】
図５（ａ）に想像線で示すように、圧電素子２２Ｄの表面の電極２２１〜２２５のうち、電極２２３と補強板２２Ａの間に電圧を印加すると、圧電素子２２Ｄは、振動体２２の長手方向（前後方向）に沿った往復振動である縦振動をする。図５（ｂ）に想像線で示すように、電極２２１及び２２５と補強板２２Ａ間に電圧を印加すると、電極２２１及び２２５の部分の圧電素子２２Ｄの部分が伸縮振動をする。このとき、伸縮振動をする電極２２１及び２２５の部分と伸縮振動をしない電極２２２及び２２４の部分とが非対称になるため、圧電素子２２Ｄは全体として、屈曲振動する。図５（ｃ）に想像線で示すように、電極２１１、２２３、２２５と補強板２２Ａ間に電圧を印加した際の係合突起２２Ｂは、縦１次振動と屈曲２次振動が複合されることで、良好な楕円軌道を描く。
【００３８】
なお、圧電素子２２Ｄの寸法や、厚さ、材質、縦横比、電極の分割形態などは、圧電素子２２Ｄに電圧が印加された時に、係合突起２２Ｂが良好な楕円軌道を描きやすいように適宜決定される。また、振動体２２に印加される電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などの周期波を採用することができる。
【００３９】
このように、適宜選択した圧電素子２２Ｄの電極２２１〜２２５に交流電圧を印加して振動体２２を振動させると、振動体２２は縦振動と屈曲振動を組み合わせた楕円軌道を描いて振動する。ここで、振動体２２はコイルばね２４のばね力によりリニア駆動ロッド２１に押圧されているため、係合突起２２Ｂは、楕円軌道を描けずに上下方向に振動することとなる。そして、振動体２２が描こうとする楕円軌道上におけるリニア駆動ロッド２１の側面２１ａに近い側において、係合突起２２Ｂおよびリニア駆動ロッド２１の間の摩擦力が大きくなり、リニア駆動ロッド２１の側面２１ａから遠い側においては摩擦力が小さくなる。
【００４０】
従って、係合突起２２Ｂがリニア駆動ロッド２１に近い側の軌道を描こうとする時の駆動力が大きくなるので、その時の振動方向に向かってリニア駆動ロッド２１が駆動されることとなる。この動作を所定の周波数で繰り返し行うことにより、リニア駆動ロッド２１は下方に移動する。また、圧電素子２２Ｄに印加する電圧の電極を適宜切り替えることにより、すなわち、電極２２２、２２３、２２４と補強板２２Ａに電圧を印加することで係合突起２２Ｂは逆向きの楕円運動を描き、リニア駆動ロッド２１の移動方向を反転させることができる。
【００４１】
ここで、本例では、複数組のピンアクチュエータ１０が微小液滴塗布ヘッド２に取り付けられており、各ピンアクチュエータ１０のリニア駆動ロッド２１にはそれぞれピン１３が一体形成されている。したがって、各ピン１３をそれぞれ駆動する各ピンアクチュエータ１０の各振動体２２について、印加する電圧を駆動制御装置６によって制御することで、各ピン１３がそれぞれ個別に駆動制御される。
【００４２】
次に、図６を参照して、本例の微小液滴塗布装置１による微小液滴の塗布動作を説明する。まず、各ピンアクチュエータ１０のリニア駆動ロッド２１は上側に退避した引き込み位置に保持されており、各リニア駆動ロッド２１の下端に一体形成されているピン１３も、その円錐状の先端部１３ｂがスリーブ１５の薬液貯留部１６よりも上方の引き込み位置に保持されている。
【００４３】
この状態で、３軸搬送機構３により微小液滴塗布ヘッド２を移動させて、不図示の薬液供給部において各スリーブ１５に薬液を供給する。各スリーブ１５の薬液貯留部１６には微小量の薬液が毛細管力によって保持される。一方、ワークテーブル５には、薬液塗布対象の基板４を設置する。
【００４４】
次に、図６（ａ）に示すように、３軸搬送機構３により微小液滴塗布ヘッド２を基板４の真上の位置に搬送し、スリーブ１５の先端開口部１５ｃが基板４の表面４ａから僅かに離れた位置となるように位置決めする。この後、駆動制御装置６は、各ピンアクチュエータ１０の各超音波モータ１２を駆動して、そのリニア駆動ロッド２１を下方に駆動する。この結果、リニア駆動ロッド２１の下端に一体形成されているピン１３が、スリーブ１５内の薬液貯留部１６を通って、スリーブ１５の下方に突出する。図６（ｂ）に示すように、薬液貯留部１６を通る際に、ピン１３の先端部１３ｂには薬液貯留部１６に貯留されている薬液の一部が付着する。
【００４５】
ピン１３の先端部１３ｂがスリーブ１５から下方に突出していくと、図６（ｃ）に示すように、薬液１４ａが付着している当該先端部１３ｂが基板表面４ａに押し付けられた状態になる。この後は、超音波モータ１２における摩擦駆動部分、すなわち、振動体２２とリニア駆動ロッド２１の間には滑りが生じ、それ以上、リニア駆動ロッド２１が降下することがない。
【００４６】
ここで、基板表面４ａに対するピン１３の押し付け力は、超音波モータ１２の摩擦駆動部分の摩擦係合力によって規定される。すなわち、ピン１３が一体形成されているリニア駆動ロッド２１の側面２１ａの係合溝２１ｂには、コイルばね２４のばね力によって振動体２２の係合突起２２Ｂが押し付けられている。コイルばね２４による押し付け力によって、振動体２２の係合突起２２Ｂとリニア駆動ロッド２１の係合溝２１ｂの底面との間に摩擦係合力が発生し、この摩擦係合力によってリニア駆動ロッド２１の駆動力が規定されている。したがって、コイルばね２４による押し付け力を調整することにより、ピン１３の基板表面４ａに対する押し付け力を調整することができる。
【００４７】
換言すると、基板表面４ａに対する微小液滴塗布ヘッド２の高さ位置を精度良く制御しなくとも、単に超音波モータ１２を駆動したままピン１３を基板表面４ａに押し付けるだけで、ピン１３の基板表面４ａに対する押し付け力が一定に保持される。
【００４８】
このようにしてピン１３の先端部１３ｂを基板表面４ａに押し付けることにより、先端部１３ｂに付着していた微小量の薬液１４ａを基板表面４ａに付着させることができる。この後は、各超音波モータ１２が逆方向に駆動され、リニア駆動ロッド２１が上昇し、そこに一体形成されているピン１３も上昇して、再び、図６（ａ）に示す引き込み位置に戻る。
【００４９】
なお、各超音波モータ１２を同時に駆動することにより、各ピン１３によって微小薬液が基板表面４ａに塗布される。この代わりに、超音波モータ１２を選択的に駆動して、必要な部分にのみ微小薬液を塗布することもできる。
【００５０】
以上説明したように、本例の微小薬液塗布装置１では、各ピン１３を超音波モータ１２によって移動させて基板表面４ａに押し付けるようにしている。超音波モータ１２を駆動した状態のままにしても、各ピン１３が基板表面４ａに当ると、超音波モータ１２の摩擦駆動部分に滑りが生じ、一定の押し付け力で各ピン１３が基板表面に押し付けられた状態が形成される。したがって、微小薬液塗布ヘッド２の高さ位置を基板表面４ａに対して精度良く制御することなく、また、各ピン１３の降下量を精度良く制御することなく、各ピン１３の基板表面に対する押し付け力を一定に保持できる。また、押し付け力は、超音波モータのコイルばねの押圧力を調整することにより簡単に増減させることができる。
【００５１】
さらに、押し付け力を一定に保持できるので、プロティンなどのような粘性のある液滴を塗布する場合でも、塗布形状を一定にすることができる。また、紙などのような薄い基板の表面にも液滴を塗布することが可能である。
【００５２】
これに加えて、超音波モータは電動モータ、エアシリンダなどの駆動機構に比べて小型化に有利であるので、ピン配列を高密度化できるなどの利点がある。また、このために、本例のように、各ピンに超音波モータを配置して各ピンを個別駆動することができるので、基板表面の各位置に選択的に液滴を塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明を適用した微小液滴塗布装置の全体構成図である。
【図２】図１の微小液滴塗布装置のピンアクチュエータを示す斜視図である。
【図３】図２のピンアクチュエータを示す側面図である。
【図４】図２のピンアクチュエータを示す概略断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は圧電素子に電圧を印加した際の縦振動、屈曲振動、およびは縦振動および屈曲２次振動の複合振動時の突起部の動きを示す説明図である。
【図６】微小液滴の塗布動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  微小液滴塗布装置、２  微小液滴塗布ヘッド、３  ３軸搬送機構、４  基板、４ａ  表面、５  ワークテーブル、６  駆動制御装置、７  ヘッドフレーム、１０  ピンアクチュエータ、１１  ユニットフレーム、１１ａ  底側端面、１２  超音波モータ、１３  ピン、１３ａ  ピン本体部分、１３ｂ  先端部、１４，１４ａ  薬液、１５  スリーブ、１５ａ  円筒状部分、１５ｂ  円錐状部分、１５ｃ  先端開口部、１６  薬液貯留部、２１  リニア駆動ロッド、２１ａ  側面、２１ｂ  係合溝、２１ｃ  側面、２２  振動体、２２Ａ  補強板、２２Ｂ  係合突起、２２Ｃ  腕部、２２Ｄ  圧電素子、２３  台座、２３Ａ  窪み部、２３Ｂ，２３Ｃ  係止爪、２４  コイルばね、２５  押圧力調整ピン、２５Ａ  軸部、２６  リング、２７  回路基板、２７Ａ  素子側端子、２７Ｂ  制御側端子
【図１】
2008190926.tif 000003
【図２】
2008190926.tif 000004
【図３】
2008190926.tif 000005
【図４】
2008190926.tif 000006
【図５】
2008190926.tif 000007
【図６】
2008190926.tif 000008