(57)【要約】【課題】洗浄工程や吸引工程を必要としない簡便な構成の液体分注装置および洗浄工程や吸引工程を省略した迅速な分注が可能な液体分注方法を提供する。【解決手段】試料液体１３を微少量に分注する液体分注装置１は、予め試料液体１３が充填されるとともに先端部にノズル口１５を備える液体カートリッジ２と、液体カートリッジ２内の試料液体１３をノズル口１５から吐出させる円筒圧電素子９と、液体カートリッジ２および円筒圧電素子９を着脱自在に連結する継手部材１０およびネジ部８と、円筒圧電素子９を支持するヘッドベース１１と、ヘッドベース１１に支持される複数の吐出ヘッド３１より成る吐出ヘッドユニット６と、液体カートリッジ２を容器交換位置および液体吐出位置間で相対移動させるＸＹステージ５，Ｚステージ７とを備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、
予め試料液体が充填されるとともに先端部に吐出口を備える液体容器と、
前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させる液体吐出手段と、
前記液体容器と前記液体吐出手段とを着脱自在に連結する連結手段と、
前記液体吐出手段を支持する支持部材と、
前記液体容器を容器交換位置および液体吐出位置間で相対移動させる搬送手段と、
を備えることを特徴とする液体分注装置。
【請求項２】
前記液体吐出手段は、前記液体容器を吐出方向に進退移動させることが可能な駆動素子であることを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
【請求項３】
前記支持部材は、前記液体吐出手段を固定支持するとともに前記搬送手段に接続される架台であることを特徴とする請求項１または２記載の液体分注装置。
【請求項４】
前記支持部材は、前記液体吐出手段を固定支持する架台と、該架台を着脱自在に支持するとともに前記搬送手段に接続される主架台とから成ることを特徴とする請求項１または２記載の液体分注装置。
【請求項５】
前記液体吐出手段は、その内部に前記液体容器を挿入可能な略筒形状に形成されており、前記架台は、前記液体吐出手段の内部に挿入された液体容器の位置決めを行うための位置決め機構を備えていることを特徴とする請求項３または４記載の液体分注装置。
【請求項６】
前記位置決め機構は、前記液体容器を貫通挿入し得るように前記架台に穿設された貫通穴であり、該貫通穴の内径は、前記液体容器の外径と略同径であることを特徴とする請求項５記載の液体分注装置。
【請求項７】
前記液体容器および／または前記支持部材の少なくとも一部は、アルミナ系セラミックスもしくはジルコニア系セラミックスもしくは窒化珪素セラミックスから成ることを特徴とする請求項６記載の液体分注装置。
【請求項８】
前記支持部材は、複数の液体吐出手段を同時に支持し得るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
【請求項９】
前記連結手段は、前記液体吐出手段に接続されるとともに前記液体容器を把持する把持部と、前記液体容器を前記把持部に向けて押圧する押圧機構とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の液体分注装置。
【請求項１０】
前記連結手段は、複数の液体容器を前記液体吐出手段に同時に連結し得るように構成されていることを特徴とする請求項９記載液体分注装置。
【請求項１１】
前記押圧機構は、前記把持部に穿設される吸引孔と、該吸引孔に接続される負圧発生手段とから成り、前記把持部に把持された前記液体容器の所定部位を前記吸引孔を介して前記負圧発生手段によって吸引することにより、前記液体容器を前記把持部に向けて押圧するように構成されていることを特徴とする請求項９記載の液体分注装置。
【請求項１２】
前記押圧機構は、前記液体容器の所定位置に該液体容器の先端部に向かって深くなるように形成された傾斜面を少なくとも一部に有する押当溝と、前記把持部の所定位置に把持された前記液体容器の押当溝に向かって進退移動可能に突設された押当部材とから成り、前記押当部材を前記押当溝の傾斜面に沿って前進移動させることにより、前記液体容器を前記把持部に押圧するように構成されていることを特徴とする請求項９記載の液体分注装置。
【請求項１３】
試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、
予め試料液体が充填され、先端部に吐出口を備えるとともに、前記吐出口から試料液体を吐出させるための液体吐出手段を所定位置に備える液体容器と、
前記液体容器を支持する架台と、
前記液体容器と前記架台とを着脱自在に連結する連結手段と、
前記液体容器を容器交換位置および液体吐出位置間で相対移動させる搬送手段と、
を備えることを特徴とする液体分注装置。
【請求項１４】
前記液体吐出手段は、前記液体容器の容積を変化させることが可能な駆動素子であることを特徴とする請求項１３記載の液体分注装置。
【請求項１５】
前記液体吐出手段は、前記液体容器内の試料液体を加熱することが可能な発熱素子であることを特徴とする請求項１３記載の液体分注装置。
【請求項１６】
試料液体を微少量に分注する液体分注方法であって、
予め試料液体が充填されるとともに先端部に吐出口を備える液体容器を液体吐出手段に連結する連結工程と、
前記液体容器内の試料液体を前記液体吐出手段によって吐出口から吐出させる液体吐出工程と、
前記液体容器を前記液体吐出手段から取り外す取り外し工程と、
からなる一連の工程を複数回繰り返すことにより、前記液体容器内の試料液体とは異なる試料液体が充填されるとともに先端部に吐出口を備える液体容器を用いて、前記液体容器と同様に液体分注を行うことを特徴とする液体分注方法。
【請求項１７】
前記連結工程および液体吐出工程の間に、前記液体容器を液体吐出位置に位置決めする位置決め工程を行うことを特徴とする請求項１６記載の液体分注方法。
【請求項１８】
前記液体吐出工程において、前記液体容器を吐出方向に進退移動させることによって、前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させることを特徴とする請求項１６記載の液体分注方法。
【請求項１９】
前記液体容器の連結および取り外しは、予め所定の支持部材に固定支持された液体吐出手段に対して行うことを特徴とする請求項１６〜１８の何れか１項記載の液体吐出方法。
【請求項２０】
前記液体容器の連結および取り外しは、前記液体容器を連結された前記液体吐出手段を固定支持する架台を、該架台を主架台に着脱自在に支持する主架台から取り外した状態で行うことを特徴とする請求項１６〜１８の何れか１項記載の液体分注方法。
【請求項２１】
前記液体容器の連結は、所定の把持部によって前記液体容器を把持するとともに、前記液体容器を前記把持部に押圧することによって行うことを特徴とする請求項１６〜１８の何れか１項記載の液体吐出方法。
【請求項２２】
試料液体を微少量に分注する液体分注方法であって、
予め試料液体が充填され、先端部に吐出口を備えるとともに、前記吐出口から試料液体を吐出させるための液体吐出手段を所定位置に備える試料容器を、架台に連結する連結工程と、
前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させる液体吐出工程と、
前記液体容器を前記架台から取り外す取り外し工程と、
からなる一連の工程を複数回繰り返すことにより、前記液体容器内の試料液体とは異なる試料液体が充填され先端部に吐出口を備えるとともに前記吐出口から試料液体を吐出させるための液体吐出手段を所定位置に備える液体容器を用いて、前記液体容器と同様に液体分注を行うことを特徴とする液体分注方法。
【請求項２３】
前記液体吐出工程において、前記液体容器の容積を変化させることによって、前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させることを特徴とする請求項２２記載の液体分注方法。
【請求項２４】
前記液体吐出工程において、前記液体容器内の試料液体を加熱することによって、該試料液体を吐出口から吐出させることを特徴とする請求項２２記載の液体分注方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注装置および液体分注方法、特に、ＤＮＡや蛋白、血液等の生体に由来する有機化合物を含む溶液や試薬を分注する液体分注装置および液体分注方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
試薬や試料等の試料液体を微少量に分注する従来技術としては、自動分析装置に備えられる分注装置において、マイクロディスペンサを用いて試料液体を分注する技術（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
この従来技術は、試薬や試料等の試料液体と洗剤とのクロスコンタミネーションを伴うことなく、洗剤洗浄によりプローブの洗浄効果を高めることを目的としており、図１９に示す装置を用いて試料液体の分注を行う。すなわち、図１９において、プローブ１１２が試薬または試料を吸引吐出した後に、洗剤注入用シリンジ１０４により分岐部１０１から連結管１１０に洗剤が注入され、その後、洗浄用ポンプ１１３により連結管１１０を介してプローブ１１２に洗浄水が供給されて、洗浄水に洗剤が混合されることによりプローブ１１２が洗浄される。プローブ１１２が十分洗浄された後に、洗剤注入用シリンジ１０４により分岐部１０１から洗剤が吸引されることにより洗剤が退避し、その後、洗浄水に洗剤が拡散混入することが防止され、試薬と洗剤とのクロスコンタミネーションが防止される。
【０００３】
また、上記従来技術よりもさらに微小な液体を分注する従来技術としては、微小流体処理装置において、圧電吐出ヘッドを利用した分注技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
この従来技術は、図２０に示す微量流体処理装置２１０を用いて、ガラス毛細管に取り付けられた圧電変換器を使用するマイクロディスペンサ２１６と、マイクロディスペンサ２１６に移送流体２１８を充填したり、マイクロディスペンサ２１６から移送流体２１８を吸引したり、システム流体２２０の圧力を制御したり、移送と移送との間にマイクロディスペンサ２１６を洗浄したりする容積式ポンプ２１２と、システム流体２２０の圧力を測定するとともに対応する電気信号を発する圧力センサ２１４とを具備して成る。
この微量流体処理装置２１０による液体の分注は、まず洗浄ステーションにてマイクロディスペンサ２１６の洗浄を行い、次に容積ポンプ２１２により移送流体２１８（本発明における吐出する試料に相当する）をマイクロディスペンサ２１６内に吸引し、その後、マイクロディスペンサ２１６により移送流体１８を吐出するという手順で実行される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２１３９０７号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１４３９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２記載の微量流体処理装置は、試料液体を吐出するための構成だけでなく、試料液体を吸引するための容積ポンプや配管チューブ、電磁弁等を備える必要があるので、装置全体の構成が煩雑になるという問題がある。また、異なる種類の試料液体を分注する際には、１種類の試料液体を分注する度にマイクロディスペンサを洗浄する必要があるので、洗浄工程に手間が掛かるのに加えて、洗浄液タンクや洗浄ステーションを具備しなければならず、装置の構成部品が増えるという問題もある。同様に、特許文献１記載の分注装置は、洗剤注入用のシリンジや分岐機構等が必要となるため、装置構成が煩雑になるという問題がある。
また、上述した２つの従来技術は共に、マイクロディスペンサやプローブを洗浄したとしても流路内面に付着した試料液体を完全に洗い流すことは難しいため、キャリーオーバーが発生するおそれがある。さらに、上述した２つの従来技術では洗浄工程や吸引工程が必須であるので、これらの工程に要する時間の分だけ全体の分注時間が長くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、洗浄工程や吸引工程を必要としない、簡便な構成の液体分注装置を提供することを第１の目的とする。
本発明は、洗浄工程や吸引工程を省略して迅速な分注を可能にした液体分注方法を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、予め試料液体が充填されるとともに先端部に吐出口を備える液体容器と、前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させる液体吐出手段と、前記液体容器と前記液体吐出手段とを着脱自在に連結する連結手段と、前記液体吐出手段を支持する支持部材と、前記液体容器を容器交換位置および液体吐出位置間で相対移動させる搬送手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第１発明では、予め試料液体が充填されている液体容器に液体吐出手段を作用させることにより、液体容器の先端部の吐出口から試料液体を吐出させる。異なる種類の試料液体を分注する際には、連結手段を用いて液体容器をまるごと交換する。
第１発明によれば、液体容器には予め試料液体が充填されており、試料液体を吐出口から吸引する吸引工程および液体容器内の試料液体を洗浄する洗浄工程を必要としないので、試料液体を吸引するための配管系や洗浄のための配管系を設置する必要がなく、装置の簡略化が可能になり、簡便な構成の液体分注装置を提供することができるとともに、分注工程の時間短縮が可能になる。さらに、異なる試料液体を分注する際には液体容器ごと交換するので、試料液体が混ざりあうことが防止され、キャリーオーバーのない液体分注装置を提供することが可能になる。
【０００９】
請求項２に記載の第２発明は、前記液体吐出手段は、前記液体容器を吐出方向に進退移動させることが可能な駆動素子であることを特徴とする。
【００１０】
第２発明では、液体容器を駆動素子によって吐出方向に進退移動させることによって、液体容器に充填された試料液体に吐出方向の慣性力を発生させて吐出させる。
第２発明によれば、液体吐出手段として液体容器を吐出方向に進退移動させることが可能な駆動素子を用いるから、液体容器に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。また、液体容器と駆動素子とを接着固定する必要がなく、ネジ等の簡易な構造で駆動素子と液体容器とを接続することが可能になる。
【００１１】
請求項３に記載の第３発明は、前記支持部材は、前記液体吐出手段を固定支持するとともに前記搬送手段に接続される架台であることを特徴とする。
【００１２】
第３発明では、支持部材である架台によって固定支持された液体吐出手段に液体容器を連結する。
第３発明によれば、液体容器の架台への取り付けが容易に行えるとともに、その取り付けの再現性を向上させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の第４発明は、前記支持部材は、前記液体吐出手段を固定支持する架台と、該架台を着脱自在に支持するとともに前記搬送手段に接続される主架台とから成ることを特徴とする。
【００１４】
第４発明では、異なる種類の試料液体を吐出する際には、架台を主架台から取り外した後に、液体吐出手段から液体容器を取り外し、別の試料液体が充填された液体容器に交換する。
第４発明によれば、液体容器を交換する際に、液体吐出手段が邪魔になって作業効率が低下することがを防止されるので、交換作業の作業性を向上させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の第５発明は、前記液体吐出手段は、その内部に前記液体容器を挿入可能な略筒形状に形成されており、前記架台は、前記液体吐出手段の内部に挿入された液体容器の位置決めを行うための位置決め機構を備えていることを特徴とする。
【００１６】
第５発明では、内部に前記液体容器を挿入可能な略筒形状に形成された液体吐出手段に液体容器を挿入することにより、前記架台が備える位置決め機構によって位置決めがなされる。
第５発明によれば、装置を小型化することができ、かつ、位置決めを精度良く行うことができる。
【００１７】
請求項６に記載の第６発明は、前記位置決め機構は、前記液体容器を貫通挿入し得るように前記架台に穿設された貫通穴であり、該貫通穴の内径は、前記液体容器の外径と略同径であることを特徴とする。
【００１８】
第６発明では、位置決め機構である前記架台に穿設された貫通穴に液体容器を貫通挿入することにより、液体容器が貫通穴に隙間嵌めされる。
第６発明によれば、液体容器の位置決めを、再現性よく、かつ、高精度に実現することができる。
【００１９】
請求項７に記載の第７発明は、前記液体容器および／または前記支持部材の少なくとも一部は、アルミニウム系セラミックスもしくはジルコニア系セラミックスもしくは窒化珪素セラミックスから成ることを特徴とする。
【００２０】
第７発明では、前記液体容器および／または前記支持部材の少なくとも一部を構成する材料として用いられるアルミナ系セラミックス、ジルコニア系セラミックス、窒化珪素セラミックスは、高精度の機械加工が可能で、かつ、高強度で傷が付きにくく耐磨耗性が良好な高靭性セラミックスであり、線膨張係数が小さいので、温度変化による寸法変化がほとんど生じない。
第７発明によれば、上記高靭性セラミックスを用いることにより、液体容器を支持部材に挿入する際に磨耗やかじりが生じず、繰り返し高精度に挿入固定することができる。また、装置環境温度に拘わらず、クリアランスを維持することができる。また、架台と主架台との嵌め合わせ時に両部材の表面に傷が付くことはないので、繰り返し高精度に嵌合固定することが可能になる。
【００２１】
請求項８に記載の第８発明は、前記支持部材は、複数の液体吐出手段を同時に支持し得るように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
第８発明では、前記支持部材によって、複数の液体吐出手段が同時に支持される。
第８発明によれば、試料液体の吐出作業の高効率化を図ることができる。
【００２３】
請求項９に記載の第９発明は、前記連結手段は、前記液体吐出手段に接続されるとともに前記液体容器を把持する把持部と、前記液体容器を前記把持部に向けて押圧する押圧機構とを備えることを特徴とする。
【００２４】
第９発明では、前記液体吐出手段に接続されるとともに前記液体容器を把持する把持部と、前記液体容器を前記把持部に向けて押圧する押圧機構とを備える連結手段を用いて、液体容器と液体吐出手段との連結を把持および押圧によって行う。
第９発明によれば、液体容器が着脱時に破損することを防止できるとともに、液体容器と液体吐出手段との連結が確実なものになる。
【００２５】
請求項１０に記載の第１０発明は、前記連結手段は、複数の液体容器を前記液体吐出手段に同時に連結し得るように構成されていることを特徴とする。
【００２６】
第１０発明では、前記連結手段によって、複数の液体容器を同時に連結する。
第１０発明によれば、吐出作業の高効率化を図ることができる。
【００２７】
請求項１１に記載の第１１発明は、前記押圧機構は、前記把持部に穿設される吸引孔と、該吸引孔に接続される負圧発生手段とから成り、前記把持部に把持された前記液体容器の所定部位を前記吸引孔を介して前記負圧発生手段によって吸引することにより、前記液体容器を前記把持部に向けて押圧するように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
第１１発明では、前記液体容器の所定部位を前記把持部に穿設される吸引孔を介して前記負圧発生手段よって吸引したときの吸引力を利用して、液体容器を把持部に押圧する。
第１１発明によれば、液体容器と液体吐出手段との連結をより確実なものにすることができる。
【００２９】
請求項１２に記載の第１２発明は、前記押圧機構は、前記液体容器の所定位置に該液体容器の先端部に向かって深くなるように形成された傾斜面を少なくとも一部に有する押当溝と、前記把持部の所定位置に把持された前記液体容器の押当溝に向かって進退移動可能に突設された押当部材とから成り、前記押当部材を前記押当溝の傾斜面に沿って前進移動させることにより、前記液体容器を前記把持部に押圧するように構成されていることを特徴とする。
【００３０】
第１２発明では、押当部材を液体容器の押当溝に当接させることによって、液体容器を把持部に対して押圧しつつ位置決め固定する。
第１２発明によれば、液体容器と液体吐出手段との連結をより確実なものとしつつ、液体容器の位置決め精度を向上させることができる。
【００３１】
上記第１の目的を達成するため、請求項１３に記載の第１３発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、予め試料液体が充填され、先端部に吐出口を備えるとともに、前記吐出口から試料液体を吐出させるための液体吐出手段を所定位置に備える液体容器と、前記液体容器を支持する架台と、前記液体容器と前記架台とを着脱自在に連結する連結手段と、前記液体容器を容器交換位置および液体吐出位置間で相対移動させる搬送手段と、を備えることを特徴とする。
【００３２】
第１３発明では、予め試料液体が充填されている液体容器に該液体容器が備える液体吐出手段を作用させることにより、液体容器の先端部の吐出口から試料液体を吐出させる。異なる種類の試料液体を分注する際には、連結手段を用いて液体容器をまるごと交換する。
第１３発明によれば、液体容器には予め試料液体が充填されており、試料液体を吐出口から吸引する吸引工程および液体容器内の試料液体を洗浄する洗浄工程を必要としないので、試料液体を吸引するための配管系や洗浄のための配管系を設置する必要がなく、装置の簡略化が可能になり、簡便な構成の液体分注装置を提供できるとともに、分注工程の時間短縮が可能になる。さらに、異なる試料液体を分注する際には液体容器ごと交換するので、試料液体が混ざりあうことが防止され、キャリーオーバーのない液体分注装置を提供することが可能になる。
【００３３】
請求項１４に記載の第１４発明は、前記液体吐出手段は、前記液体容器の容積を変化させることが可能な駆動素子であることを特徴とする。
【００３４】
第１４発明では、液体容器の容積を駆動素子によって変化させることによって、液体容器に充填された試料液体に吐出方向の慣性力を発生させて吐出させる。
第１４発明によれば、液体吐出手段として液体容器の容積を変化させることが可能な駆動素子を用いるから、液体容器に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。また、液体容器と駆動素子とを接着固定する必要がなく、ネジ等の簡易な構造で駆動素子と液体容器とを接続することが可能になる。
【００３５】
請求項１５に記載の第１５発明は、前記液体吐出手段は、前記液体容器内の試料液体を加熱することが可能な発熱素子であることを特徴とする。
【００３６】
第１５発明では、液体容器内の試料液体を発熱素子で加熱することによって、液体容器の容積を変化させ、液体容器に充填された試料液体に吐出方向の慣性力を発生させて吐出させる。
第１５発明によれば、液体吐出手段として液体容器内の試料液体を加熱することが可能な発熱素子を用いるから、液体容器に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。
【００３７】
上記第２の目的を達成するため、請求項１６に記載の第１６発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注方法であって、予め試料液体が充填されるとともに先端部に吐出口を備える液体容器を液体吐出手段に連結する連結工程と、前記液体容器内の試料液体を前記液体吐出手段によって吐出口から吐出させる液体吐出工程と、前記液体容器を前記液体吐出手段から取り外す取り外し工程と、からなる一連の工程を複数回繰り返すことにより、前記液体容器内の試料液体とは異なる試料液体が充填されるとともに先端部に吐出口を備える液体容器を用いて、前記液体容器と同様に液体分注を行うことを特徴とする。
【００３８】
第１６発明では、予め試料液体が充填されている液体容器に液体吐出手段を作用させて、液体容器の先端部の吐出口から試料液体を吐出させる。異なる種類の試料液体を分注する場合には、以上の工程を複数回繰り返すことにより、液体容器をまるごと交換する。
第１６発明によれば、液体容器には予め試料液体が充填されており、試料液体を吐出口から吸引する吸引工程および液体容器内の試料液体を洗浄する洗浄工程を必要としないので、分注工程の時間短縮が可能になる。また、異なる試料液体を分注する際には液体容器ごと交換するので、試料液体が混ざりあうことが防止され、キャリーオーバーのない液体分注方法を実現することができる。
【００３９】
請求項１７に記載の第１７発明は、前記連結工程および液体吐出工程の間に、前記液体容器を液体吐出位置に位置決めする位置決め工程を行うことを特徴とする。
【００４０】
第１７発明では、前記連結工程の後、かつ、前記液体吐出工程の前に、前記液体容器を液体吐出位置に位置決めする位置決め工程を行う。
第１７発明によれば、液体容器を液体吐出手段に連結する連結工程では連結のみを行い、位置決め工程で前記液体容器を液体吐出位置に位置決めして、前記液体吐出工程で前記液体容器内の試料液体を前記液体吐出手段によって吐出口から吐出させるから、前記連結工程において容易に液体容器の交換を行うことが可能になる。
【００４１】
請求項１８に記載の第１８発明は、前記液体吐出工程において、前記液体容器を吐出方向に進退移動させることによって、前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させることを特徴とする。
【００４２】
第１８発明では、液体吐出工程において、液体容器を吐出方向に進退移動させることによって、液体容器に充填された試料液体に吐出方向の慣性力を発生させて吐出口から吐出させる。
第１８発明によれば、液体吐出工程において、液体容器を吐出方向に進退移動させて液体容器に充填された試料液体を吐出させるから、液体容器に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。
【００４３】
請求項１９に記載の第１９発明は、前記液体容器の連結および取り外しは、予め所定の支持部材に固定支持された液体吐出手段に対して行うことを特徴とする。
【００４４】
第１９発明では、所定の支持部材に固定支持された液体吐出手段に対して、液体容器の連結および取り外しを行う。
第１９発明によれば、液体容器の液体吐出手段への連結および取り外しが容易に行えるとともに、それらの再現性を向上させることができる。
【００４５】
請求項２０に記載の第２０発明は、前記液体容器の連結および取り外しは、前記液体容器を連結された前記液体吐出手段を固定支持する架台を、該架台を主架台に着脱自在に支持する主架台から取り外した状態で行うことを特徴とする。
【００４６】
第２０発明では、異なる種類の試料液体を吐出する際には、架台を主架台から取り外した後に、液体吐出手段から液体容器を取り外し、別の試料液体が充填された液体容器に交換する。
第２０発明によれば、液体容器を交換する際に、液体吐出手段が邪魔になって作業効率が低下することがを防止されるので、交換作業の作業性を向上させることができる。
【００４７】
請求項２１に記載の第２１発明は、前記液体容器の連結は、所定の把持部によって前記液体容器を把持するとともに、前記液体容器を前記把持部に押圧することによって行うことを特徴とする。
【００４８】
第２１発明では、所定の把持部によって前記液体容器を把持するとともに、前記液体容器を前記把持部に押圧することによって、液体容器と液体吐出手段との連結を把持および押圧によって行う。
第２１発明によれば、液体容器が着脱時に破損することを防止できるとともに、液体容器と液体吐出手段との連結が確実なものになる。
【００４９】
上記第２の目的を達成するため、請求項２２に記載の第２２発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注方法であって、予め試料液体が充填され、先端部に吐出口を備えるとともに、前記吐出口から試料液体を吐出させるための液体吐出手段を所定位置に備える試料容器を、架台に連結する連結工程と、前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させる液体吐出工程と、前記液体容器を前記架台から取り外す取り外し工程と、からなる一連の工程を複数回繰り返すことにより、前記液体容器内の試料液体とは異なる試料液体が充填され先端部に吐出口を備えるとともに前記吐出口から試料液体を吐出させるための液体吐出手段を所定位置に備える液体容器を用いて、前記液体容器と同様に液体分注を行うことを特徴とする。
【００５０】
第２２発明では、予め試料液体が充填されている液体容器に該液体容器が備える液体吐出手段を作用させて、液体容器の先端部の吐出口から試料液体を吐出させる。異なる種類の試料液体を分注する際には、以上の工程を複数回繰り返すことにより、液体容器をまるごと交換する。
第２２発明によれば、液体容器には予め試料液体が充填されており、試料液体を吐出口から吸引する吸引工程および液体容器内の試料液体を洗浄する洗浄工程を必要としないので、試料液体を吸引するための配管系や洗浄のための配管系を設置する必要がなく、分注工程の時間短縮が可能になる。また、異なる試料液体を分注する際には液体容器ごと交換するので、試料液体が混ざりあうことが防止され、キャリーオーバーのない液体分注方法を実現することができる。
【００５１】
請求項２３に記載の第２３発明は、前記液体吐出工程において、前記液体容器の容積を変化させることによって、前記液体容器内の試料液体を吐出口から吐出させることを特徴とする。
【００５２】
第２３発明では、液体容器の容積を変化させる液体吐出手段によって、液体容器に充填された試料液体に吐出方向の慣性力を発生させて吐出させる。
第２３発明によれば、液体吐出手段として例えば液体容器の容積を変化させることが可能な駆動素子を用いることができるから、液体容器に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。
【００５３】
請求項２４に記載の第２４発明は、前記液体吐出工程において、前記液体容器内の試料液体を加熱することによって、該試料液体を吐出口から吐出させることを特徴とする。
【００５４】
第２４発明では、液体容器内の試料液体を加熱することによって、液体容器の容積を変化させ、液体容器に充填された試料液体に吐出方向の慣性力を発生させて吐出させる。
第２４発明によれば、液体吐出手段として例えば液体容器内の試料液体を加熱することが可能な発熱素子を用いることができるから、液体容器に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態の液体分注装置の構成を示す平面図であり、図２は本発明の第１実施形態の液体分注装置の構成を示す正面図であり、図３は第１実施形態の液体分注装置に搭載されている吐出ヘッドユニットの断面図であり、図４は第１実施形態の吐出ヘッドのアクチュエータ部の断面図であり、図５は第１実施形態の吐出ヘッドの液体カートリッジの断面図である。
【００５６】
本実施形態の液体分注装置１は、図１，図２に示すように、液体を分注するターゲットとなるスライドガラス４を複数枚（図示例では１２枚）載せることができるＸＹステージ５（５ｘ，５ｙ）と、吐出ヘッドユニット６と、吐出ヘッドユニット６を保持するＺステージ７とを具備し、吐出ヘッドユニット６は、９６本の吐出ヘッド３１と、９６本の吐出ヘッド３１を固定するヘッドベース（架台）１１とから成る。９６本の吐出ヘッド３１は、ヘッドベース１１上に１２本×８本のマトリックス状に配列されている。
【００５７】
上記吐出ヘッド３１は、図３，図４に示すように、アクチュエータ部３と、液体カートリッジ２とから構成されており、両者は継手部材１０を介してネジ部８へのネジ部材の締結／取り外しにより、結合／分離可能になっている。上記アクチュエータ部３は、駆動手段として外形が円筒形状の円筒圧電素子９を用いており、この円筒圧電素子９は、内周面および外周面に電極（図示せず）が形成され、内周面側電極をグランドに、外周面側電極をプラスに分極されている。この円筒圧電素子９は、変位方向（図２におけるＺ方向）の一端（図４の下端）がヘッドベース１１に固定されており、他端（図４の上端）には継手部材１０が接着固定されている。
なお、本実施形態では、外形が円筒形状の円筒圧電素子９を用いたが、圧電素子の外形は円筒形状に限定されるものではなく、例えばその内部に液体カートリッジ２を挿入可能な略筒形状を呈するものであってもよい。
【００５８】
上記ヘッドベース１１には、円筒圧電素子９の中心軸と同軸上に位置するように貫通穴３２が設けられている。液体カートリッジ２は、図３に示すように貫通穴３２を連通してその一端がヘッドベース１１よりも下側に突出するような状態で、アクチュエータ部３に組み付けられる。その際、貫通穴３２の内径と液体カートリッジ２の外径とのクリアランスが５μｍ以下に設定されているため、貫通穴３２に液体容器２を貫通挿入することにより、液体容器２が貫通穴３２に「隙間嵌め」されることになり、液体カートリッジ２は軸方向に摺動し得るようになっている。
【００５９】
上記ヘッドベース１１および液体カートリッジ２の少なくとも一方は、その一部に、高精度の機械加工が可能で、かつ、耐磨耗性が良好な高靭性セラミックス（アルミナ系セラミックス、ジルコニア系セラミックス、窒化珪素セラミックス等）を用いることが望ましい。本実施形態ではヘッドベース１１および液体カートリッジ２の両方に高靭性セラミックスを用いるものとし、例えば、液体カートリッジ２にはルビーを用い、ヘッドベース１１にはジルコニアセラミックスを用いる。これら高靭性セラミックスは、高精度の加工が可能な上、高強度で傷が付きにくく、耐磨耗性に優れている。したがって、液体カートリッジ２をヘッドベース１１に挿入する際に磨耗やかじりが生じることはなく、繰り返し高精度に挿入固定することができる。さらに、これらの材質は線膨張係数が小さいので、温度変化による寸法変化が生じることもなく、装置環境温度に拘わらず、常に一定のクリアランスを維持することができる。
【００６０】
上記液体カートリッジ２は、図５に示すように、その内部に試料液体１３を保持する流路１４を有しており、流路１４の一端（図示下端）にはテーパ部１４ａを介してノズル口１５が設けられており、他端（図示上端）は外部大気に連通するようになっている。この液体カートリッジ２の流路１４には、予め試料液体１３が充填供給されている。
【００６１】
上記のように構成された吐出ヘッドユニット６は、Ｚステージ７に搭載されており、図中上下方向（Ｚ方向）に移動可能になっている。また、スライドガラス４は、ＸＹステージ５に搭載されており、Ｘ，Ｙ軸上の所望の位置に移動し得るようになっている。
【００６２】
次に、本実施形態の液体分注装置の作用を図面に基づいて説明する。
本実施形態においては、吐出ヘッドユニット６の吐出ヘッド３１の構成要素である液体カートリッジ２内には、予め図５に示すように試料液体１３が充填されている。この状態において、円筒圧電素子９に図６に示す波形の電圧を印加すると、試料液体１３が液体カートリッジ２のノズル口１５より吐出される。この試料液体の吐出原理を以下に説明する。
【００６３】
円筒圧電素子９に印加する電圧が初期値Ｖ０である瞬時ｔ１以前は、吐出ヘッド３１の液体カートリッジ２内の試料液体１３の状態は図７（ａ）に示すようになっている。瞬時ｔ１〜ｔ２の間に急激に初期値Ｖ０から−Ｖｐまで低下するような電圧を円筒圧電素子９に印加すると、それにより円筒圧電素子９は軸方向（図中下方向）に急激に伸張する。この伸張に伴い液体カートリッジ２は図示上方向に移動し、そのとき流路１４中の試料液体１３には図中下方向の慣性力が作用する。その結果、流路先端部の圧力が上昇して、図７（ｂ）に示すようにノズル口１５より試料液体１３が吐出される。試料液体１３の吐出後の瞬時ｔ２〜ｔ３の間に、円筒圧電素子９に印加する電圧ｆ緩やかに−Ｖｐから初期値Ｖ０まで戻るので、円筒圧電素子９も図７（ｃ）に示すように元の長さに戻る。以上における試料液体１３の吐出量は、ノズル口１５の直径や試料液体１３の物性値、駆動電圧波形等によって異なるが、概略０．１ｎＬ〜１μＬ  である。
【００６４】
試料液体１３をスライドガラス４上に吐出する際には、まず、図１に示す退避位置に退避させておいたスライドガラス４をＸＹステージ５により図示右側に移動させて、液体カートリッジ２のノズル口１５の直下約０．５ｍｍの位置に位置決めして停止させる。その後、ＸＹステージ５によりスライドガラス４と吐出ヘッド３１との相対位置を変えながら、試料液体１３の吐出を行う。このようにしてスライドガラス４上の所望の位置に所望の吐出ヘッド３１から試料液体１３を吐出する。異なる種類の液体試料を吐出する際には、ＸＹステージ５によりスライドガラス４を吐出ヘッドユニット６の液体カートリッジ２のノズル口１５の直下から上記退避位置まで退避させた後に、吐出ヘッド３１の液体カートリッジ２をアクチュエータ部３から外し、異なる試料液体１３を充填された液体カートリッジ２に交換する。
【００６５】
ところで、上記図１の構成では、吐出ヘッドユニット６に対してスライドガラス４をＸ，Ｙ方向に移動させることにより液体カートリッジ交換時の退避動作を行うようにしているが、スライドガラス４に対して吐出ヘッドユニット６をＺ方向に移動させることにより液体カートリッジ交換時の退避動作を行うように変更してもよい。すなわち、図１のＸＹステージ５のＸステージ５ｘ，Ｙステージ５ｙの上下を逆転させるとともにＸステージ５ｘの長さを短縮して図８に示すＸＹステージ５を構成し、Ｘステージ５ｘ上にスライドガラス４を搭載する。なお、Ｘステージ５ｘの長さを短縮したのは、ＸＹステージ５が図１に示す退避位置までストロークする必要がないからである。
【００６６】
図８の構成において、まず、Ｚステージ７を降下させることにより、退避位置（容器交換位置；連結位置）に退避させておいた吐出ヘッドユニット６を試料吐出位置に移動させて位置決め停止させる。これにより、吐出ヘッド３１の液体カートリッジ２のノズル口１５がをスライドガラス４の直上約０．５ｍｍに位置することになる。その後、ＸＹステージ５によりスライドガラス４と吐出ヘッド３１との相対位置を変えながら、試料液体１３の吐出を行う。このようにしてスライドガラス４上の所望の位置に所望の吐出ヘッド３１から試料液体１３を吐出する。異なる種類の液体試料を吐出する際には、Ｚステージ７を上昇させることにより吐出ヘッドユニット６をスライドガラス４の直上から上記退避位置まで退避させた後に、吐出ヘッド３１の液体カートリッジ２をアクチュエータ部３から外し、異なる試料液体１３を充填された液体カートリッジ２に交換する。
【００６７】
本実施形態によれば、液体カートリッジ２には予め試料液体１３が充填されており、試料液体をノズル口１５から吸引する吸引工程および液体カートリッジ内の試料液体を洗浄する洗浄工程を必要としないので、試料液体を吸引するための配管系や洗浄のためのポンプや配管系を設置する必要がなく、装置の簡略化が可能になり、簡便な構成の液体分注装置を提供することができるとともに、分注工程の時間短縮が可能になる。さらに、異なる試料液体を分注する際には液体カートリッジ２ごと交換するので、異なる試料液体が混ざりあうことが防止され、キャリーオーバーのない液体分注装置を提供することが可能になる。
【００６８】
また、液体吐出手段として液体カートリッジ２を吐出方向に進退移動させることが可能な円筒型圧電素子９を用いるから、液体カートリッジに要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。また、液体カートリッジ２と円筒型圧電素子９とを接着固定する必要がなく、ネジ等の簡易な構造で液体カートリッジ２と円筒型圧電素子９とを接続することが可能になる。
また、支持部材であるヘッドベース１１によって固定支持された円筒型圧電素子９に液体カートリッジ２を連結するので、液体カートリッジ２のヘッドベース１１への取り付けが容易に行えるとともに、その取り付けの再現性を向上させることができる。
また、内部に液体カートリッジ２を挿入可能な略筒形状に形成された円筒型圧電素子９に液体カートリッジ２を挿入することにより、ヘッドベース１１が備える位置決め機構によって位置決めがなされるので、装置を小型化することができ、かつ、位置決めを精度良く行うことができる。
【００６９】
また、位置決め機構であるヘッドベース１１に穿設された貫通穴３２に液体カートリッジ２を貫通挿入することにより、液体カートリッジ２が貫通穴３２に隙間嵌めされるので、液体カートリッジ２の位置決めを、再現性よく、かつ、高精度に実現することができる。
また、ヘッドベース１１および液体カートリッジ２の両方の材料として、高精度の機械加工が可能で、高強度で傷が付きにくく、耐磨耗性が良好で、線膨張係数が小さい等の特徴を有する高靭性セラミックスを用いたため、液体カートリッジ２をヘッドベース１１に挿入する際に磨耗やかじりが生じず、繰り返し高精度に挿入固定することができる。また、装置環境温度に拘わらず、クリアランスを維持することができる。
また、ヘッドベース１１によって、複数の吐出ヘッド３１を同時に支持するように構成したため、試料液体の吐出作業の高効率化を図ることができる。
【００７０】
また、本実施形態の液体分注方法によれば、液体カートリッジ２には予め試料液体１３が充填されており、試料液体をノズル口１５から吸引する吸引工程および液体カートリッジ２内の試料液体を洗浄する洗浄工程を必要としないので、分注工程の時間短縮が可能になる。また、異なる試料液体を分注する際には液体容器ごと交換するので、試料液体が混ざりあうことが防止され、キャリーオーバーのない液体分注方法を実現することができる。
また、液体カートリッジ２を円筒型圧電素子９に連結する連結工程では連結のみを行い、位置決め工程で液体カートリッジ２を液体吐出位置に位置決めして、液体吐出工程で液体カートリッジ２内の試料液体を円筒型圧電素子９によってノズル口から吐出させるから、連結工程において容易に液体カートリッジ２の交換を行うことが可能になる。
【００７１】
なお、上記第１実施形態では液体の慣性力を利用した吐出ヘッド３１を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば図９に示すような流路の容積を縮小させることによって試料液体を吐出する吐出ヘッド１６（以下、第１変形例という）を用いてもよい。この吐出ヘッド１６は、図９に示すように、内部に流路１４を有するとともに先端（図示下端）にノズル口１５を有するガラス管３３と、ガラス管３３の外周部に接着固定される円筒形圧電素子１７とから成る。円筒形圧電素子１７の内周面および外周面にはそれぞれ電極が形成されており、内周面側をグランドに分極され、外周面側をプラスに分極されている。ガラス管３３の外周にはフランジ１８が設けられており、このフランジ１８を利用してガラス管３３をヘッドベース１１にネジ締結するようになっている。円筒形圧電素子１７には駆動回路（図示せず）からコネクタを介して配線が接続されており、この配線を介して円筒形圧電素子１７に駆動電圧を印加するように構成されている。
この吐出ヘッド１６により試料液体を吐出する際には、円筒形圧電素子１７に駆動電圧を印加することによってガラス管３３の容積を急激に減少させ、流路１４の内部に保持されている試料液体１３に吐出圧力を発生させることにより、ノズル口１５より微小な試料液体を吐出させる。異なる種類の試料液体１３を吐出する際には、吐出ヘッド１５をヘッドベース１１から取り外して、異なる種類の試料液体１３が充填された異なる吐出ヘッド１６を装着すればよい。
【００７２】
この第１変形例によれば、液体吐出手段としてガラス管３３の容積を変化させることが可能な円筒形圧電素子１７を用いるから、ガラス管３３に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。また、ガラス管３３と円筒形圧電素子１７とを接着固定する必要がなく、ネジ等の簡易な構造でガラス管３３と円筒形圧電素子１７とを接続することが可能になる。
【００７３】
また、さらに他の変形例の吐出ヘッドとして、図１０に示すようなバブルジェット（登録商標）吐出ヘッド２３（以下、第２変形例という）を用いてもよい。このバブルジェット（登録商標）吐出ヘッド２３は、図１０に示すように、内部に流路１４を有するとともに先端（図示下端）にノズル口１５を有するガラス管３３と、ガラス管３３の流路１４内に設けられた発熱素子２４と、ガラス管３３の外周に設けられたフランジ１８とから成る。発熱素子２４には電気回路（図示せず）からコネクタを介して発熱信号電圧を印加するように構成されている。
このバルブジェット吐出ヘッド２３により試料液体を吐出する際には、発熱素子２４により流路１４内の試料液体１３に気泡を発生させてノズル口１５より試料液体を吐出させる。異なる種類の試料液体１３を吐出する際には、吐出ヘッド２３をヘッドベース１１から取り外して、異なる種類の試料液体１３が充填された異なる吐出ヘッド２３を装着すればよい。
【００７４】
この第２変形例によれば、液体吐出手段としてガラス管３３内の試料液体を加熱することによってガラス管３３の容積を変化させ、ガラス管３３に充填された試料液体に吐出方向の慣性力を発生させることが可能な発熱素子２４を用いるから、ガラス管３３に要求される条件が緩和されることになり、高い自由度の設計が可能になる。
【００７５】
図１１は本発明の第２実施形態の液体分注装置に搭載されている吐出ヘッドユニットの正面図であり、図１２は第２実施形態の吐出ヘッドユニットの吐出ヘッドの断面図であり、図１３は第２実施形態の吐出ヘッドユニットから吐出ヘッドを取り外した状態を示す断面図である。本実施形態の液体分注装置は、上記第１実施形態の液体分注装置に対し吐出ヘッドユニットの構成のみを変更したものであり、それ以外の部分は上記第１実施形態と同様に構成する。
【００７６】
本実施形態の吐出ヘッドユニット６は、図１１に示すように、複数の吐出ヘッド２５と、複数の吐出ヘッド２５を支持するヘッドベース（主架台）１１と、ヘッドベース１１上に各吐出ヘッド２５を位置決め固定する押圧バネ２６とから成る。吐出ヘッド２５は、図１２に示すように個別ヘッドベース（架台）２７上に固定されており、第１実施形態と同様に、円筒圧電素子９と、液体カートリッジ２と、液体カートリッジ２および円筒圧電素子９を着脱自在に固定する継手部材１０とから成る。液体カートリッジ２は、予め吐出すべき試料液体１３を充填した状態で円筒圧電素子９に固定されている。
【００７７】
上記ヘッドベース１１には、図１３に示すように、個別ヘッドベース２７と相似形状の座ぐり穴２８が設けられており、この座ぐり穴２８に個別ヘッドベース２７が嵌合され、押圧バネ２６によって位置決め固定される。押圧バネ２６は回転自在に構成されており、押圧バネ２６を回転移動させて図１２の状態および図１３の状態間で変化させることにより、個別ヘッドベース２７をヘッドベース１１に対し容易に着脱することができる。
【００７８】
上記ヘッドベース１１および個別ヘッドベース２７の少なくとも一方は、その一部に、高精度の機械加工が可能で、かつ、耐磨耗性が良好な高靭性セラミックス（アルミナ系セラミックス、ジルコニア系セラミックス、窒化珪素セラミックス等）を用いることが望ましい。本実施形態ではヘッドベース１１および個別ヘッドベース２７の両方に高靭性セラミックスを用いるものとし、例えば、ヘッドベース１１および個別ヘッドベース２７にはジルコニアセラミックスを用いて、嵌合部のクリアランスが５μｍ以下となるように構成する。これら高靭性セラミックスは、高精度の加工が可能な上、高強度で傷が付きにくく、耐磨耗性に優れている。したがって、個別ヘッドベース２７をヘッドベース１１に挿入する際に磨耗やかじりが生じることはなく、繰り返し高精度に挿入固定することができる。さらに、これらの材質は線膨張係数が小さいので、温度変化による寸法変化が生じることもなく、装置環境温度に拘わらず、常に一定のクリアランスを維持することができる。
【００７９】
本実施形態の液体分注装置において、吐出ヘッドユニット６により試料液体１３を吐出する際には、液体カートリッジ２内には予め試料液体が充填されているので、円筒圧電素子９に上記図６に示す波形の駆動電圧を印加して、液体カートリッジ２を図１２中の上方向に急激に移動させることにより、試料液体に吐出方向の慣性力を作用させ、ノズル口１５より試料液体１３を吐出させる。その際の試料液体１３の吐出量は、ノズル口１５の直径や試料液体１３の物性値、駆動電圧波形等によって異なるが、概略０．１ｎＬ〜１μＬ  である。異なる種類の試料液体１３を吐出する際には、個別ヘッドベース２７をヘッドベース１１から取り外した後に、吐出ヘッド２５から液体カートリッジ２を取り外し、異なる試料液体１３が充填された液体カートリッジ２に交換すれば良い。
【００８０】
本実施形態によれば、液体カートリッジ２を交換する際に隣接する吐出ヘッド２５が邪魔になって作業効率が低下することがないように、吐出ヘッドユニット６における吐出ヘッド２５の間隔を設定しているため、個別の吐出ヘッド２５をヘッドベース１１から容易に着脱できるので、ヘッドベース１１から吐出ヘッド２５を取り外した後で液体カートリッジ２を交換することができ、液体カートリッジ２の交換作業の作業性を向上させることが可能になる。
【００８１】
図１４および図１５は本発明の第３実施形態の液体分注装置の構成を示す正面図であり、図１４は吐出ヘッドユニットが容器交換位置にあるときの状態を示しており、図１５は吐出ヘッドユニットが液体吐出位置にあるときの状態を示している。本実施形態の液体分注装置は、図１４に示すように、スライドガラス４を搭載するＸＹステージ５（５ｘ，５ｙ）と、液体カートリッジ２を収容する液体カートリッジ収容部３６と、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３７に保持された吐出ヘッドユニット３８とから成る。
【００８２】
上記液体カートリッジ収容部３６は、内部に温度を５℃以下に保持することができる低温チャンバ３９を有しており、予め試料液体１３を充填した複数の液体カートリッジ２の下部を低温チャンバ３９によって冷却保持する構造になっている。低温チャンバ３９は図示しない冷却手段により内部温度を５℃以下に冷却できるようになっており、液体カートリッジ２に充填された試料液体１３の蒸発を防止するように構成されている。
【００８３】
上記吐出ヘッドユニット３８は、液体カートリッジ２を把持する把持部４０と、液体カートリッジ２を駆動する２つの積層圧電素子４１と、観察カメラ４２とから成る。上記把持部４０は、図１６の詳細図に示すように可動部４３と固定部４４と吸着孔４６とから成っている。吸着孔４６にはチューブ（図示せず）を介して負圧発生手段（図示せず）が接続されている。液体カートリッジ２を把持する際には、まず、可動部４３と固定部４４で液体カートリッジ２の上部を挟み込み、その後、負圧発生手段を動作させて吸着孔４６により液体カートリッジ２のフランジ部４７を吸着固定するという仕組みになっている。
なお、本実施形態の吐出ヘッドユニット３８は、１本の液体カートリッジ２を把持するように構成されているが、複数本の液体カートリッジ２を同時に把持するように構成してもよい。
【００８４】
上記積層圧電素子４１は、その上端を固定部材５５に固定されており、図１４中の上下方向に伸縮可能であり、把持部４０に把持された液体カートリッジ２を上下方向に移動させるように構成されている。上記観察カメラ４２は、液体カートリッジ２の上端面を観察するように構成されており、得られた観察画像から画像処理手段（図示せず）によって液体カートリッジ２の正確な座標位置を算出し、得られた位置情報に基づいてＸＹＺ３軸ロボットアーム３７および把持部４０の動作を制御することによって、所望の液体カートリッジ２を把持できるようになっている。
【００８５】
次に、本実施形態の液体分注装置の作用を図面に基づき説明する。まず、図１４に示すように、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３７により吐出ヘッドユニット３８を所望の液体カートリッジ２の上部位置に移動配置する。次に、把持部４０を所望の液体カートリッジ２まで下降させ、把持部４０の可動部４３を固定部４４側に移動させて両者の間隔を狭めることによって所望の液体カートリッジ２を把持し、その後、把持部４０を上昇させて液体カートリッジ収容部３６から取り出す。次に、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３７により吐出ヘッドユニット３８を図１５に示すスライドガラス４の上部に移送してから、所望のスポット位置に所望の液体カートリッジ２を移動させる。次に、そのスポット位置で、積層圧電素子４１に駆動電圧を印加して、スライドガラス４上に試料液体１３をスポットする。
【００８６】
その際、駆動電圧としては、例えば図１７に示す「のこぎり形の波形」を用いるものとする。この駆動電圧を積層圧電素子４１に印加すると、最初の揺やかな電圧の上昇に伴い積層圧電素子４１は比較的ゆっくりと伸びていき、最後の電圧減少時に急激に元の長さに戻るように収縮する。その間、液体カートリッジ２は積層圧電素子４１の動きに伴って上下方向に移動し、内部の試料液体１３には最後の収縮時に下方向の慣性力が作用するので、ノズル口１５から試料液体１３が吐出される。
液体カートリッジ２およびスライドガラス４の相対位置関係を変えながら上述した方法を繰り返すことにより、所望の位置に試料液体１３を吐出していく。異なる液体試料を吐出する際には、把持している液体カートリッジ２を液体カートリッジ収容部３６に戻した後、代わりに異なる試料液体１３を保持した液体カートリッジ２を把持し、上記と同様な方法を用いてスライドガラス４の所望の位置に試料液体１３をスポットする。
【００８７】
なお、上述した各種動作は、公知の技術によってコンピュータにより自動制御するものとする。その際、作業オペレータは、作成すべきスライドガラス４に要求されるスポット数やスポットピッチ、溶液の種類等の情報をコンピュータに入力する作業と、作成に必要な試料液体１３を液体カートリッジ２に充填して液体カートリッジ収容部３６に設置する作業だけを行えばよい。それにより、本実施形態の液体分注装置は、入力された情報に基づいて、上述した手順に従って自動的にスライドガラス４を作成することになる。
【００８８】
本実施形態によれば、積層圧電素子４１に接続されるとともに液体カートリッジ２を把持する把持部４０と、液体カートリッジ２を把持部４０に向けて押圧する押圧機構である吸着孔４６に接続された負圧発生手段とを備える連結手段を用いて、液体カートリッジ２と積層圧電素子４１との連結を把持および押圧により行うから、液体カートリッジ２の交換作業を自動で行い得るようになり、液体カートリッジ２の着脱時の破損を防止できるとともに、液体カートリッジ２と積層圧電素子４１との連結が確実なものになる。
【００８９】
また、液体カートリッジ２内の試料液体１３は５℃以下に保存されるので、試料液体１３の蒸発量を最小限に抑えることが可能になる。
また、液体カートリッジ２の所定部位を把持部４０に穿設される吸引孔４３を介して前記負圧発生手段よって吸引したときの吸引力を利用して、液体カートリッジ２を把持部４０に押圧するから、液体カートリッジ２と積層圧電素子４１との連結をより確実なものにすることができる。
【００９０】
なお、上記第３実施形態では図１６に示す把持部４０を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば図１８に示すような構造の把持部５０（以下、変形例という）を用いてもよい。図１８において、把持部５０の上端部は積層圧電素子４１に固定されており、把持部５０の下部には穴部５２およびソレノイドピストン（押当部材）５３が設けられており、ソレノイドピストン５３のピストン部５４は、図中矢印方向（左右方向）に往復移動するよう構成されている。液体カートリッジ２の上部にはＶ溝（押当溝）５６が設けられている。
【００９１】
この把持部５０を用いて液体カートリッジ２を把持する際には、まず、穴部５２に液体カートリッジ２の上部を挿入し、その後、ソレノイドピストン５３により液体カートリッジ２のＶ溝５６を図中左方向に押圧する。この押圧により、液体カートリッジ２は穴部５２の図中左側の内側面に押し当てられるとともに、Ｖ溝５６のテーパ部の作用により図中上方向の力が作用して液体カートリッジ２の上端部が穴部５２の底面に押し当てられる。このようにして、液体カートリッジ２を把持部５０に押圧するように固定するとともに、液体カートリッジ２の位置決めも行うことができる。
なお、液体カートリッジ２に設けられる溝の形状は上述したＶ溝形状に限定されるものではなく、液体カートリッジ２の先端部に向かって深くなるように形成された傾斜面を少なくとも一部に有する溝であればどのような形状の溝であってもよく、例えば楔形の溝やＵ字状の溝としてもよい。
【００９２】
この変形例によれば、液体カートリッジ２の所定位置に液体カートリッジ２の先端部に向かって深くなるように形成された傾斜面を有するＶ溝５６と、把持部５０の所定位置に把持された液体カートリッジ２のＶ溝５６に向かって進退移動可能に突設されたソレノイドピストン５３とにより連結手段を構成し、ソレノイドピストン５３のピストン部５４をＶ溝５６の傾斜面に沿って前進移動させてＶ溝５６に当接させることにより、液体カートリッジ２を把持部５０に押圧しつつ位置決め固定するようにしたから、液体カートリッジ２と積層圧電素子４１との連結をより確実なものとしつつ、液体カートリッジ２の位置決め精度を向上させることができる。
【００９３】
なお、上記各実施形態では、液体カートリッジ２を吐出方向に進退移動させるための手段として圧電素子を用いているが、これに限定されるものではなく、同様な運動を実現できるものであればどのようなものを用いてもよく、例えば磁歪素子や電歪素子を用いることができる。また、ソレノイドピストンやエアーシリンダ等の往復直線運動が可能なアクチュエータを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の液体分注装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の液体分注装置の構成を示す正面図である。
【図３】第１実施形態の液体分注装置に搭載されている吐出ヘッドユニットの断面図である。
【図４】第１実施形態の吐出ヘッドのアクチュエータ部の断面図である。
【図５】第１実施形態の吐出ヘッドの液体カートリッジの断面図である。
【図６】第１実施形態の吐出ヘッドの円筒圧電素子に印加する電圧の波形を例示する図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の吐出ヘッドユニットの吐出ヘッドによる試料液体の吐出原理を説明するための図である。
【図８】第１実施形態の液体分注装置において液体カートリッジ交換時に吐出ヘッドユニットが図１と異なる退避動作を行う構成例を示す正面図である。
【図９】第１実施形態の吐出ヘッドの第１変形例を示す断面図である。
【図１０】第１実施形態の吐出ヘッドの第２変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の液体分注装置に搭載されている吐出ヘッドユニットの正面図である。
【図１２】第２実施形態の吐出ヘッドユニットの吐出ヘッドの断面図である。
【図１３】第２実施形態の吐出ヘッドユニットから吐出ヘッドを取り外した状態を示す断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の液体分注装置の構成を示す正面図であり、吐出ヘッドユニットが容器交換位置にあるときの状態を示している。
【図１５】本発明の第３実施形態の液体分注装置の構成を示す正面図であり、吐出ヘッドユニットが液体吐出位置にあるときの状態を示している。
【図１６】第３実施形態の液体分注装置の把持部の詳細図である。
【図１７】第３実施形態の吐出ヘッドの積層圧電素子に印加する電圧の波形を例示する図である。
【図１８】第３実施形態の液体分注装置の把持部の変形例の断面図である。
【図１９】従来技術を説明するための図である。
【図２０】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１  液体分注装置
２  液体カートリッジ
３  アクチュエータ部
４  スライドガラス
５（５ｘ，５ｙ）  ＸＹステージ
６  吐出ヘッドユニット
７  Ｚステージ
８  ネジ部
９，１７  円筒圧電素子
１０  継手部材
１１  ヘッドベース
１３  試料液体
１４  流路
１５  ノズル口
１６  吐出ヘッド
１８  フランジ
２３  バブルジェット（登録商標）吐出ヘッド
２４  発熱素子
２５  吐出ヘッド
２６  押圧バネ
２７  個別ヘッドベース
２８  座ぐり穴
３１  吐出ヘッド
３２  貫通穴
３３  ガラス管
３６  液体カートリッジ収容部
３７  ＸＹＺ３軸ロボットアーム
３８  吐出ヘッドユニット
３９  低温チャンバ
４０  把持部
４１  積層圧電素子
４２  観察カメラ
４３  可動部
４４  固定部
４６  吸着孔
４７  フランジ部
５０  把持部
５２  穴部
５３  ソレノイドピストン
５４  ピストン部
５５  固定部材
５６  Ｖ溝
【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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【図２０】
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