(57)【要約】【課題】生産効率が良く、生産コストが低い液滴吐出装置を提供する。【解決手段】基板２には、その板厚方向に貫通する孔４が形成され、この基板２の一方の面２ａには、孔４の一端を塞ぐようにフォトレジスト膜３が形成されている。そして、このフォトレジスト膜３の前記孔４に対応する位置には、孔４の一端を大気解放する微小孔５が形成されている。このような液滴吐出装置１は、孔４に液体を注入した後、孔４の他端側に圧力源６の圧力を作用させることにより、微小孔５から液滴を吐出させるようになっている。【選択図】図２
2005249436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材には、その厚み方向に貫通する孔が形成され、
この基材の一方の面には、前記孔の一端を塞ぐようにレジスト膜が形成され、
このレジスト膜の前記孔に対応する位置には、前記孔の一端を大気解放する微小孔が形成され、
前記孔に液体を注入した後、前記孔の他端側に圧力を作用させることにより、前記微小孔から液滴を吐出させるようになっていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
基材には、その厚み方向に貫通する孔が複数形成され、
この基材の一方の面には、前記孔の一端を塞ぐようにレジスト膜が形成され、
前記孔の開口縁近傍を除く周辺のレジスト膜が取り除かれ、前記孔の一端を塞ぐレジスト膜からなる蓋部材が形成されると共に、前記蓋部材には前記孔の一端を大気解放する微小孔が形成され、
前記孔に液体を注入した後、前記孔の他端側に圧力を作用させることにより、前記微小孔から液滴を吐出させるようになっていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項３】
基材に、その厚み方向に貫通する孔を形成する第１の工程と、
前記基材の一方の面に、前記孔の一端を塞ぐレジスト膜を形成する第２の工程と、
前記レジスト膜に、前記孔の一端を大気解放する微小孔を形成するためのマスクを被せる第３の工程と、
前記マスクが被せられた前記レジスト膜を露光する第４の工程と、
前記レジスト膜の感光しない部分を除去して、前記レジスト膜に前記微小孔を形成する第５の工程と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【請求項４】
基材に、その厚み方向に貫通する孔を複数形成する第１の工程と、
この基材の一方の面に、前記孔の一端を塞ぐレジスト膜を形成する第２の工程と、
前記レジスト膜に、前記孔の開口縁近傍を除く周辺の前記レジスト膜を取り除き、前記孔の一端を塞ぐ前記レジスト膜からなる蓋部材を形成すると共に、前記蓋部材に前記孔の一端を大気解放する微小孔を形成するためのマスクを被せる第３の工程と、
前記マスクが被せられた前記レジスト膜を露光する第４の工程と、
前記レジスト膜の感光しない部分を除去して、前記微小孔を備えた蓋部材を形成する第５の工程と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、微量の液滴（例えば、インクやＤＮＡ等の生体由来物質を含む液体等）を吐出する液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、遺伝子の働き等を調べるために、数千〜数万種類のＤＮＡ断片を同時に調べることができるマイクロアレイ技術がゲノム医科学の分野で特に注目されている。
【０００３】
このマイクロアレイ技術においては、顕微鏡スライドグラスなどの検査プレートの上に、多種類のＤＮＡ断片等（試料）を高密度に整列させたＤＮＡチップを使用している。このＤＮＡチップには、その製作効率を高め、判定精度を高めるため、インクジェットプリンタのインクジェット技術を応用した液滴吐出装置を使用し、微量の液状試料を検査プレート上に高密度に滴下して作成されているものがある。
【０００４】
図１０は、ＤＮＡチップを作成するために使用される液滴吐出装置３０の一例を示すものである。このような液滴吐出装置３０は、液滴を吐出するノズル３１の孔径が小さく、且つ、その微小径のノズル３１が多数形成されるようになっているため、試料供給用の比較的大径の孔３２ａ〜３２ｄが形成される基板３３と、ノズル３１としての微小孔が形成されるノズル形成体３４とを別々に形成するようになっている。すなわち、基板３３を複数枚のセラミックスプレート３３ａ〜３３ｄで形成し、この複数枚のセラミックスプレート３３ａ〜３３ｄを孔３２ａ〜３２ｄの位置が合致するように重ね合わせて一体化している。そして、予め微小孔３１が多数形成されたノズル形成体（プラスチックフィルムやステンレス鋼板等）３４を、微小孔３１が基板３３の孔３２ａに合致するように位置合わせをしながら、基板３３（３３ａ）の裏面に貼り合わせるようになっている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７５３０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１０に示す従来の液滴吐出装置３０のように、多数のノズル３１が形成されたノズル形成体３４を、そのノズル３１が基板３３の孔３２ａに合致するようにセラミックスプレート３３ａの裏面に位置合わせをしながら貼り付ける態様であると、製造作業に手間がかかり、生産性が悪いという問題を有していた。また、基板３３をセラミックスプレートで形成すると、素材費用が高く、製品コストが高くなるという問題を有していた。
【０００７】
このような問題を解決するためには、基板及びノズル形成体を射出成形で一体に形成し、その射出成形時に孔及び微小孔を同時に成形することが考えられる。しかし、この射出成形で基板及びノズル形成体を一体形成する態様は、ノズル３１の孔径を数１００μｍ以下にしようとする場合に、微小孔形成用のピンをキャビティ内に設置できないという金型構造上の理由から実施が困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、生産効率が良く、生産コストが低い液滴吐出装置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】
【０００９】
請求項１の発明は、液滴吐出装置に関するものである。すなわち、本発明において、基材には、その厚み方向に貫通する孔が形成され、この基材の一方の面には、前記孔の一端を塞ぐようにレジスト膜が形成されている。そして、このレジスト膜の前記孔に対応する位置には、前記孔の一端を大気解放する微小孔が形成されている。そして、この発明の液滴吐出装置は、前記孔に液体を注入した後、前記孔の他端側に圧力を作用させることにより、前記微小孔から液滴を吐出させるようになっている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る液滴吐出装置の変形例に関するものである。すなわち、本発明において、基材には、その厚み方向に貫通する孔が複数形成され、この基材の一方の面には、前記孔の一端を塞ぐようにレジスト膜が形成されている。そして、前記孔の開口縁近傍を除く周辺のレジスト膜が取り除かれ、前記孔の一端を塞ぐレジスト膜からなる蓋部材が形成されると共に、前記蓋部材には前記孔の一端を大気解放する微小孔が形成されている。。そして、本発明の液滴吐出装置は、前記孔に液体を注入した後、前記孔の他端側に圧力を作用させることにより、前記微小孔から液滴を吐出させるようになっている。
【００１１】
請求項３の発明は、液滴吐出装置の製造方法に関するものである。すなわち、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、（１）基材に、その厚み方向に貫通する孔を形成する第１の工程と、（２）前記基材の一方の面に、前記孔の一端を塞ぐレジスト膜を形成する第２の工程と、（３）前記レジスト膜に、前記孔の一端を大気解放する微小孔を形成するためのマスクを被せる第３の工程と、（４）前記マスクが被せられた前記レジスト膜を露光する第４の工程と、（５）前記レジスト膜の感光しない部分を除去して、前記レジスト膜に前記微小孔を形成する第５の工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項４の発明に係る液滴吐出装置の製造方法の変形例に関するものである。すなわち、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、（１）基材に、その厚み方向に貫通する孔を複数形成する第１の工程と、（２）この基材の一方の面に、前記孔の一端を塞ぐレジスト膜を形成する第２の工程と、（３）前記レジスト膜に、前記孔の開口縁近傍を除く周辺の前記レジスト膜を取り除き、前記孔の一端を塞ぐ前記レジスト膜からなる蓋部材を形成すると共に、前記蓋部材に前記孔の一端を大気解放する微小孔を形成するためのマスクを被せる第３の工程と、（４）前記マスクが被せられた前記レジスト膜を露光する第４の工程と、（５）前記レジスト膜の感光しない部分を除去して、前記微小孔を備えた蓋部材を形成する第５の工程と、を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る液滴吐出装置は、液体供給口として機能する基材の孔をレジスト膜で塞ぐと共に、このレジスト膜にノズルとして機能する微小孔を形成するようになっており、多数の微小孔を現像液で同時に取り除くことができるようになっているため、生産効率を高めることができ、生産コストの低廉化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１５】
図１乃至図２は、本実施の形態に係る液滴吐出装置１を示すものである。このうち、図１は、液滴吐出装置１を簡略化して示す平面図である。図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。
【００１６】
［構造の説明］
これらの図に示すように、本実施の形態に係る液滴吐出装置１は、平板状の基材である基板２の一方の面（図２においては下面）２ａにフォトレジスト膜３が形成されている。基板２は、プラスチック，ガラス，セラミック，シリコン又は金属等で形成されており、平面形状が矩形で、板厚が１〜２ｍｍの板状体である。そして、この基材２には、その板厚方向に貫通する孔４が多数形成されている。この基板２の孔４は、その孔径が約３００μｍであり、後述するフォトレジスト膜３の微小孔５よりも数倍大きな孔径を有している。そして、この基板２の孔４は、内部にＤＮＡ断片等を含んだ試料やインク等の液体が注入されるようになっており、液体供給口として機能する。
【００１７】
フォトレジスト膜３は、超厚膜ネガ型レジスト（例えば、東洋合成工業株式会社において、ＴＧ−Ｐシリーズとして紹介されているフォトレジストや、マイクロケミカル社において、ＳＵ−８として紹介されているフォトレジスト等）が約１００μｍの厚さで均一に形成されている。そして、このフォトレジスト膜３は、基板２の孔４に対応する位置に、孔４の一端を大気解放するように、孔４の孔径より小さい孔径を有する微小孔（ノズル）５が形成されている。このフォトレジスト膜３の微小孔５の孔径は、約１００μｍに形成されている。このように、ノズルとして機能する微小孔５の内壁面は、使用するレジスト材料や必要に応じて行われるレジスト膜上への処理によって、疎水性又は親水性の面となるように選択的に形成することができる。
【００１８】
基板２の孔４の他端側は、加圧源（例えば、コンプレッサ及びバルブ等からなる空気圧供給手段）６に接続されている。そして、基板２の孔４内に注入され液体に加圧源６の圧力が作用すると、フォトレジスト膜３の微小孔５から微量の液滴が吐出され、その吐出された液体が図示しないＤＮＡチップ形成用のスライドグラスやコピー用紙等の表面に滴下して付着する。なお、基板２の全ての孔４に同時に加圧源６の圧力を作用させることにより、全ての微小孔５から同時に微量の液体が吐出されることになる。また、多数の孔４のうちのいずれかが選択的に加圧源６の圧力を作用させられるようにすれば、その加圧源６の圧力を受けた孔４に対応する微小孔５だけから液体が吐出するようにすることもできる。
【００１９】
［製造方法の説明］
本実施の形態の液滴吐出装置１は、まず、基板２に多数の孔４を射出成形や機械加工等により形成する（第１の工程）。そして、この基板２の一方の面２ａに、フォトレジストを膜厚がほぼ１００μｍになるまでスピンコートし、このスピンコートによるフォトレジスト膜３の形成作業の終了後、フォトレジスト膜３を１００℃で約５分間乾燥させる（第２の工程）。その後、微小孔５を形成する部分が遮光されるように形成されたマスク（図示せず）を、フォトレジスト膜３の表面に被せる（第３の工程）。次いで、マスクが被せられたフォトレジスト膜３の表面を露光する（第４の工程）。この露光作業終了後、マスクをフォトレジスト膜３の表面から取り去り、フォトレジスト膜３を１００℃で５〜１０分間加熱する。次いで、フォトレジスト膜３を現像液中に浸漬し、フォトレジスト膜３の感光しない部分（マスクで遮光された部分）を除去する。これにより、孔径がほぼ１００μｍの微小孔（ノズル）５を多数同時に形成することができる。
【００２０】
以上のような本実施の形態の液滴吐出装置１は、液体供給口として機能する基板２の孔４をフォトレジスト膜３で塞ぐと共に、このフォトレジスト膜３にノズルとして機能する微小孔５を形成するようになっており、多数の微小孔５を現像液で同時に取り除くことができるようになっているため、生産効率を高めることができ、生産コストの低廉化を図ることができる。
【００２１】
なお、本実施の形態において、各種数値及び製造条件等は、発明の理解を容易にするための例示であり、本発明は、この例示に限定されるものでなく、設計条件等に応じて最適の寸法及び最適の製造条件等が適宜設定される。
【００２２】
また、本実施の形態において、レジスト膜の一例としてフォトレジスト膜３を例示した。しかし、本発明は、その例示に限られず、遠紫外線レジスト膜、Ｘ線レジスト膜、又は電子線レジスト膜をフォトレジスト膜３に代えて適用するようにしてもよい。また、本実施の形態において、フォトレジスト膜３の素材として、高分子レジストを例示したが、無機レジストを使用するようにしてもよい。また、本実施の形態において、ネガ型のレジストを使用する例を示したが、ポジ型のレジストを使用するようにしてもよい。
【００２３】
また、フォトレジスト膜３の膜厚寸法は、上述した実施の形態に例示した１００μｍに限られず、１〜１０００μｍの範囲で最適の数値が選択される。
【００２４】
また、微小孔５の孔径は、上述した実施の形態に例示した１００μｍに限られず、１〜１０００μｍ（好ましくは、１０〜５００μｍ）の範囲で最適の数値が選択される。
【実施例１】
【００２５】
図３乃至図４は、本発明の実施例１に係る液滴吐出装置１を示すものであり、上述の実施の形態の変形例を示すものである。なお、図３は、実施例１に係る液滴吐出装置１の一部を拡大して示す平面図である。また、図４は、図３のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図である。
【００２６】
本実施例によれば、フォトレジスト膜３は、微小孔５に対応する部分が除去されると共に、基板２の孔４の開口縁近傍を除く周辺部分７が除去されている。その結果、図４において、基板２の下面２ａには、中心に微小孔５が形成された円板状のフォトレジスト膜３が孔４に対応するようにそれぞれ独立して固定されている。このフォトレジスト膜３は、基板２の孔４の一端側（下面２ａ側）の蓋部材として機能し、その微小孔５で孔４の一端側（下面２ａ側）の開口面積を狭めると共に、その微小孔５で孔４の一端側を大気解放するようになっている。
【００２７】
このような構成によれば、各フォトレジスト膜３が他のフォトレジスト膜とは別個独立して基板２の下面２ａ側に固定されているため、微小孔５の開口縁近傍に液体が付着したしても、その液体がフォトレジスト膜３の表面を伝って隣の微小孔５まで到達するようなことがなく、その液体が隣りの微小孔５の液体と混ざり合うのを効果的に防止できる。したがって、本実施例によれば、上述の実施の形態の効果を得ることができることはもちろんのこと、隣り合う微小孔５から吐出される液体同士が混ざり合うのを防止でき、より一層正確な液滴の吐出が可能になる。
【００２８】
本実施例の液滴吐出装置１は、まず、基板２に多数の孔４を射出成形や機械加工等により形成する（第１の工程）。そして、この基板２の一方の面２ａに、フォトレジストを膜厚がほぼ１００μｍになるまでスピンコートし、このスピンコートによるフォトレジスト膜３の形成作業の終了後、フォトレジスト膜３を１００℃で約５分間乾燥させる（第２の工程）。その後、図５に示すように、微小孔５を形成する部分（斜線で示す部分８）及び基板２の孔４の開口縁近傍を除く周辺部分（斜線で示す部分）７が遮光されるように形成されたマスク１０を、フォトレジスト膜３の表面に被せる（第３の工程）。次いで、マスク１０が被せられたフォトレジスト膜３の表面を露光する（第４の工程）。この露光作業終了後、マスク１０をフォトレジスト膜３の表面から取り去り、フォトレジスト膜３を１００℃で５〜１０分間加熱する。次いで、フォトレジスト膜３を現像液中に浸漬し、フォトレジスト膜３の感光しない部分（マスクで遮光された部分７，８）を除去する。これにより、中心に微小孔５が形成された円板状のフォトレジスト膜３が、基板２の孔４に対応するように、多数同時に浮島状に分離独立した状態で形成される。
【実施例２】
【００２９】
図６は、実施例２に係る液滴吐出装置１の一部を断面して示す図であり、図２や図４に対応する断面図である。
【００３０】
図６に示す実施例は、基板２の孔４をフォトレジスト膜３の微小孔５から遠ざかるに従って拡径するような円錐台形状に形成し、孔４の上部側開口部を可能な限り広くとることにより、孔４の容積を図２や図４に示す略円柱状の孔４の容積よりも大きくしてある。
【実施例３】
【００３１】
図７乃至図８は、実施例３に係る液滴吐出装置１を示すものであり、図１乃至図２に示す液滴吐出装置１の変形例を示すものである。なお、図７は、液滴吐出装置１の一部を拡大して示す平面図である。また、図８は、図７のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図である。
【００３２】
これらの図に示すように、本実施例は、基板２の上部に上板１１を接合し、この上板１１の下面（基板に接合される面）１１ａに、その一端が基板２の孔４に開口する微細な連絡路１２が形成されている。そして、上板１１に形成された連絡路１２は、上板１１に形成されたレザーバ１３にその他端側が開口するようになっており、レザーバ１３と孔４とを連通するようになっている。レザーバ１３に供給された液体は、連絡路１２を通り、孔４内に流入し、孔４内に流入した液体がフォトレジスト膜３の微小孔５内に毛細管現象で導き入れられる。この状態において、レザーバ１３内の液体が加圧源６の圧力で加圧されると、フォトレジスト膜３の微小孔５から微量の液体が吐出される。
【００３３】
このような本実施例によれば、図１乃至図２の液滴吐出装置１と同様の効果を得ることができることはもちろんのこと、基板２の孔４の径を小さくすることでき、フォトレジスト膜３の微小孔５の配置密度を高めることが可能になる。
【実施例４】
【００３４】
図９は、実施例４に係る液滴吐出装置１のフォトレジスト膜３の微小孔５の形状を示すものであり、図１（ｂ）に示す微小孔５の形状の各種変形例を示すものである。すなわち、図１（ｂ）の微小孔５は、その平面形状が略円形であるが、図９（ａ）に示す実施例４の微小孔５は、周方向に沿って多数の放射状の溝１４が形成されており、微小孔５内の表面積を大きくしてある。このような本実施例によれば、微小孔５内の表面張力が大きくなり、微小孔５内に液体を捕捉しておく力が強くなるため、微小孔５からの液体の漏出を効果的に抑えることができる。
【００３５】
なお、図９（ａ）に示す態様に限定されることなく、微小孔５内の壁面を規則的又は不規則的に粗面化して、微小孔５内の表面積を大きくするようにしてもよい。また、図９（ｂ）に示すように、平面形状が略円形の微小孔５を、十字状の仕切壁１５で４個の孔に分割するようにしてもよい。また、図９（ｃ）に示すように、平面形状が略円形の微小孔５を、格子状の仕切壁１６により、多数の孔に分割するようにしてもよい。また、図示しないが、微小孔５の平面形状を、三角形状、四角形状、楕円形状にしてもよい。また、図示しないが、それら複数の三角形状の極微小孔、複数の四角形状の極微小孔、又は複数の楕円形状の極微小孔で、微小孔５を構成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明に係る液滴吐出装置は、インクジェットプリンタのインク吐出装置として使用できることはもちろんのこと、ＤＮＡチップ等にＤＮＡ断片等を含んだ液滴（液状試料）を塗布するためのスポッター装置としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は、本発明の最良の実施の形態に係る液滴吐出装置を簡略化して示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大して示す平面図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る液滴吐出装置の一部を拡大して示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図である。
【図５】フォトレジスト膜に被せられるマスクの一態様を示す部分的平面図である。
【図６】実施例２に係る液滴吐出装置の一部を断面して示す図であり、図２や図４に対応する断面図である。
【図７】実施例３に係る液滴吐出装置の一部を拡大して示す平面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図である。
【図９】実施例４に係る液滴吐出装置の微小孔の形状を示す図である。
【図１０】従来の液滴吐出装置の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１……液滴吐出装置、２……基板（基材）、３……フォトレジスト膜（レジスト膜）、４……孔、５……微小孔、１０……マスク
【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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