(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路を有し当該流路に液体を保持するとともに、一端に当該液体を吐出する吐出口を有する液体保持部材と、
供給されるパルス電圧に応じて、前記液体の吐出方向に沿って前記液体保持部材を進退移動させる駆動手段と、
前記液体保持部材の進退移動にともなう慣性力の作用によって当該液体保持部材内の液体に発生する残留振動が前記パルス電圧の供給停止後において打ち消されるように、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の周期と、当該液体保持部材の進退移動の周期とが略同一となるよう、前記駆動手段に前記パルス電圧の供給及び供給停止を行うパルス電圧供給部と、
を有することを特徴とする液体分注装置。
【請求項２】
前記パルス電圧供給部は、前記パルス電圧の供給停止後における前記液体保持部材の振動が前記残留振動に対して半周期ずれるように、前記パルス電圧の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の液体分注装置。
【請求項３】
前記パルス電圧の幅は、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の１周期と略同一であることを特徴とする請求項１に記載の液体分注装置。
【請求項４】
内部に流路を有し当該流路に液体を保持するとともに、一端に当該液体を吐出する吐出口を有する液体保持部材と、供給されるパルス電圧に応じて、前記液体の吐出方向に沿って前記液体保持部材を進退移動させる駆動手段と、前記駆動手段に前記パルス電圧の供給及び供給停止を行うパルス電圧供給部と、を有する液体分注装置における液体分注方法であって、
前記駆動手段にパルス電圧を供給する工程と、
前記液体保持部材の進退移動にともなう慣性力の作用によって当該液体保持部材内の液体に発生する残留振動が前記パルス電圧の供給停止後において打ち消されるように、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の周期と、当該液体保持部材の進退移動の周期とが略同一となるよう、前記駆動手段への前記パルス電圧の供給を停止する工程と、
を具備することを特徴とする液体分注方法。
【請求項５】
内部に流路を有し当該流路に液体を保持するとともに、一端に当該液体を吐出する吐出口を有する液体保持部材と、
供給されるパルス電圧に応じて前記液体の吐出方向に沿って前記液体保持部材を進退移動させる駆動手段であって、前記液体保持部材の進退移動にともなう慣性力の作用によって当該液体保持部材内の液体に発生する残留振動が、当該パルス電圧の供給停止後において打ち消されるように、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の周期と、当該液体保持部材の進退移動の周期とが略同一となるよう、当該パルス電圧の供給及び供給停止が行われる駆動手段と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体分注装置及び液体分注方法並びに液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電素子などの加速度印加要素を使用して発生させた慣性力を利用し、微少量の液体を高精度に吐出する吐出ヘッドを用いた液体分注装置が知られている。
このような液体分注装置として、液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに液体を吸引するためのシリンジピストンポンプとを具備して構成され、液体を分注する際には、まず吸引用のシリンジピストンポンプによって液体吐出ヘッドの内部の流路部材に液体を吸引し、その後圧電素子等からなる駆動手段を駆動して液体を吐出させるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この液体吐出ヘッドによれば、パルス電圧を駆動手段に通電すると、圧電素子の駆動によって液体を保持する流路部材が軸方向に往復動作するので、流路部材内の液体に慣性力が作用して所定量の液体を吐出させることができる。
【特許文献１】特開２００１−２３５４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の液体吐出ヘッドでは、シリンジピストンポンプの吸引力のばらつきなどの理由によって液体の吸引量が変動する場合がある。すなわち、慣性力を用いた従来の液体吐出ヘッドでは、吸引量が変動すると液体に作用する慣性力も変化するので、結果として吐出される流体の吐出量にも変動が生じてしまう問題がある。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、駆動手段の駆動電圧波形を制御することによって液体の吐出量を精密に制御できる液体分注装置及び液体分注方法並びに液体吐出ヘッド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】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る液体分注装置は、内部に流路を有し当該流路に液体を保持するとともに、一端に当該液体を吐出する吐出口を有する液体保持部材と、供給されるパルス電圧に応じて、前記液体の吐出方向に沿って前記液体保持部材を進退移動させる駆動手段と、前記液体保持部材の進退移動にともなう慣性力の作用によって当該液体保持部材内の液体に発生する残留振動が前記パルス電圧の供給停止後において打ち消されるように、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の周期と、当該液体保持部材の進退移動の周期とが略同一となるよう、前記駆動手段に前記パルス電圧の供給及び供給停止を行うパルス電圧供給部と、を有することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る液体分注装置は、前記液体分注装置であって、前記パルス電圧供給部は、前記パルス電圧の供給停止後における前記液体保持部材の振動が前記残留振動に対して半周期ずれるように、前記パルス電圧の供給を停止することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る液体分注装置は、前記液体分注装置であって、前記パルス電圧の幅は、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の１周期と略同一であることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る液体分注方法は、内部に流路を有し当該流路に液体を保持するとともに、一端に当該液体を吐出する吐出口を有する液体保持部材と、供給されるパルス電圧に応じて、前記液体の吐出方向に沿って前記液体保持部材を進退移動させる駆動手段と、前記駆動手段に前記パルス電圧の供給及び供給停止を行うパルス電圧供給部と、を有する液体分注装置における液体分注方法であって、前記駆動手段にパルス電圧を供給する工程と、前記液体保持部材の進退移動にともなう慣性力の作用によって当該液体保持部材内の液体に発生する残留振動が前記パルス電圧の供給停止後において打ち消されるように、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の周期と、当該液体保持部材の進退移動の周期とが略同一となるよう、前記駆動手段への前記パルス電圧の供給を停止する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、内部に流路を有し当該流路に液体を保持するとともに、一端に当該液体を吐出する吐出口を有する液体保持部材と、供給されるパルス電圧に応じて前記液体の吐出方向に沿って前記液体保持部材を進退移動させる駆動手段であって、前記液体保持部材の進退移動にともなう慣性力の作用によって当該液体保持部材内の液体に発生する残留振動が、当該パルス電圧の供給停止後において打ち消されるように、前記液体保持部材内に保持された前記液体の固有振動の周期と、当該液体保持部材の進退移動の周期とが略同一となるよう、当該パルス電圧の供給及び供給停止が行われる駆動手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体保持部材からの液体の吐出量の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る第１の実施形態について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る液体分注装置１は、生体試料、試薬や溶融金属等の液体を微少量、高精度に吐出して分注するための装置であり、液体を吐出する液体吐出ヘッド２と、この液体吐出ヘッド２に液体を吸引するシリンジポンプ３とを備えている。  
液体吐出ヘッド２は、円筒状に形成された液体保持部材５に配された液体通路６と、この液体通路６を移動させる駆動手段として液体通路６の長手方向に沿って液体通路６の周囲に設けられた圧電素子７とを備えている。
液体通路６は、内部に円筒状の流路６Ａを有し、この流路６Ａに液体Ｆを保持するように、下端面には底部６Ｂが設けられている。また、底部６Ｂには、流路６Ａの一端から液体Ｆを吐出可能とする吐出口８が穿設されている。
【００１３】
液体通路６は、外周面に固着したネジ部材１０を備えており、このネジ部材１０を圧電素子７の下端フランジ部７Ａと螺合させることにより、圧電素子７が固有振動モードを有して液体通路６の長手方向に伸縮振動する方向と液体保持部材５からの液体の吐出方向とが略同一方向とされて、液体通路６と圧電素子７とが一体化した液体吐出ヘッド２とされる。
圧電素子７は、二分割された電極７ａ、７ｂがそれぞれパルス電圧供給部１１と電気的に接続されており、液体保持部材５の進退移動の際の振動周波数Ｆ１が、液体Ｆの固有振動数Ｆ２と略同一に設定可能とされている。
【００１４】
次に本実施形態に係る液体吐出ヘッド２及び液体分注装置１の作用、並びに液体分注方法について説明する。
まず、液体保持部材５を進退移動させる際の振動周波数Ｆ１と液体Ｆの固有振動数Ｆ２とを、例えば、１０ｋＨｚと同一値に設定した状態で、シリンジポンプ３にて液体Ｆを液体吐出ヘッド２の液体通路６に吸引する。そして、パルス電圧供給部１１からパルス電圧を圧電素子７に印加すると、圧電素子７が液体通路６の長手方向に伸縮し、これに伴いネジ部材１０を介して液体通路６が長手方向に往復移動する。
【００１５】
このとき、液体Ｆは液体保持部材５の急速な移動に追従できないため、液体Ｆに液体保持部材５の移動方向とは逆向きの慣性力が作用して液体Ｆに吐出圧力を生じるとともに、液体Ｆが液体通路６内を往復移動する。この際、液体保持部材５の振動周波数Ｆ１を液体Ｆの固有振動数Ｆ２と同一としているので、液体Ｆに発生する振動の周波数は固有振動数Ｆ２に限定される。そのため、固有振動数Ｆ２で液体Ｆが往復移動し、この際の吐出圧力に応じた流量の液体Ｆが吐出口８から吐出される。
なお、吐出圧力は、液体通路６内に保持されている液体Ｆの量に応じて変動する。
【００１６】
この液体分注装置１及び液体吐出ヘッド２並びに液体分注方法によれば、液体保持部材５内の液体Ｆに発生する振動を進退移動の振動と略同一の一つの周波数に限定することができ、液体Ｆの吐出タイミング及び吐出量を振動周波数で制御することができ、必要なときに所望の量の液体Ｆを吐出口８から吐出させることができる。
【００１７】
次に、第２の実施形態について図２を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る液体分注装置１において、液体保持部材５を固有振動モードの一周期の振動で進退移動させるとした点である。
この際、パルス電圧供給部１１から圧電素子７に、固有振動周期Ｔ１と略同一のパルス幅の矩形波Ｅを印加して液体Ｆに慣性力を作用させる。
なお、液体吐出ヘッド２の構成は、第１の実施形態と同様の構成とされている。
【００１８】
この液体分注装置１に係る液体吐出ヘッド２によって液体Ｆを吐出させる場合について説明する。
パルス電圧を矩形波電圧として圧電素子７に印加して、上記第１の実施形態と同様に液体保持部材を振動させて液体Ｆを吐出口８から吐出させる。
ここで、圧電素子７の固有振動モードで液体保持部材５を進退移動させた場合、液体保持部材５の移動を止めても慣性力の作用によって通常残留振動が内部の液体Ｆに発生する。したがって、液体保持部材５が停止していても、液体Ｆが進退移動するため、発生した固有振動の２周期目、３周期目において液体Ｆが吐出することがある。
【００１９】
しかし、本実施形態においては、矩形波Ｅの電圧を液体保持部材５の変位の一周期後に供給停止することによって、液体保持部材５の振動周期Ｔ２を、矩形波Ｅの電圧の供給を停止しない場合の流体Ｆの振動周期Ｔ３に対して半波長分ずらすことができる。
したがって、液体Ｆの振動を液体保持部材５の振動で打ち消すことができ、液体保持部材５の固有振動モードの二周期目以降の振動によって液体保持部材５を進退移動させて液体Ｆを吐出させてしまうのを抑えることができる。
【００２０】
次に、第３の実施形態について図３及び図４を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第２の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る液体分注装置１において、吐出圧力が発生する電圧に対して逆電圧を圧電素子７に一旦印加してから吐出圧力が発生する電圧を印加するとした点である。
【００２１】
この液体分注装置１に係る液体吐出ヘッド２によって液体Ｆを吐出させる場合について説明する。
まず、図４（ａ）に示す初期状態に対し、図３に示すように、時間ｔ１後に、吐出圧力が発生する電圧とは逆方向の逆電圧Ｖ１を一旦印加する。このとき、圧電素子７が、上記実施形態の場合と逆方向に移動するため、液体Ｆの慣性力が液体Ｆを吐出させない方向に作用して、図４（ｂ）に示すように、吐出口８に発生したメニスカス１５を流路６Ａ内に引き込ませる。
【００２２】
続いて時間ｔ２後に、第２の実施形態と同様の方向の矩形電圧を供給する。このときの電圧をＶ２とすると、第２の実施形態にて要した電圧よりも小さい電圧であっても、Ｖ１からＶ２までの電位差を第２の実施形態にて要した電圧と同等とすることができ、液体Ｆに上述と同様の慣性力を作用させて液体Ｆを吐出させることができる。
したがって、主液滴の後方に発生するサテライトを低減させることができ、液体Ｆの吐出精度を向上することができる。
【００２３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、流体流路６Ａを円形断面としたが、たとえば三角形や正方形のような多角形を採用することも可能であり、円形に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液体分注装置の液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドへの印加電圧と移動振動との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドへの印加電圧を示すグラフである。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドと液体との移動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  液体分注装置
２  液体吐出ヘッド
５  液体保持部材
６Ａ  流路
７  圧電素子（駆動手段）
８  吐出口
１１  パルス電圧供給部
【図１】
0003884443.tif 000002
【図２】
0003884443.tif 000003
【図３】
0003884443.tif 000004
【図４】
0003884443.tif 000005