JP7268396B2 - Liquid ejection head, droplet forming device, droplet forming method, and dispensing device - Google Patents
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Description
本発明は、液吐出ヘッド、液滴形成装置、液滴形成方法、及び分注装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejection head, a droplet forming apparatus, a droplet forming method, and a dispensing apparatus.
近年においては、幹細胞技術の進展に伴い、細胞懸濁液を吐出して組織体を形成する技術開発が行われている。この技術分野においては、細胞懸濁液を吐出する際に細胞にダメージを与えないように吐出できるインクジェット方式を採用した液吐出装置が開発されている。 In recent years, along with the progress of stem cell technology, technology development has been carried out to form tissue bodies by ejecting cell suspensions. In this technical field, a liquid ejecting apparatus employing an ink-jet method has been developed, which is capable of ejecting a cell suspension without damaging the cells.
例えば、中央に吐出口が形成された膜状部材を、膜状部材下面の周縁部にリング状に配置された圧電素子により変形させ、膜状部材の上面に収容されている液の液圧を利用して、液を吐出口から吐出する液滴吐出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, a film member having a discharge port formed in the center thereof is deformed by a piezoelectric element arranged in a ring shape on the periphery of the lower surface of the film member, and the hydraulic pressure of the liquid contained in the upper surface of the film member is changed. A droplet ejection device that ejects liquid from an ejection port using such a liquid droplet has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
本発明は、安定した吐出が可能な液吐出ヘッドを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a liquid ejection head capable of stable ejection.
上記課題を解決するための手段としての本発明の液吐出ヘッドは、吐出口と、前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、を有する。 A liquid ejection head of the present invention as a means for solving the above-mentioned problems includes an ejection port, a liquid holding portion for holding the liquid to be ejected from the ejection port, and a liquid holding portion connected to the liquid holding portion so as to allow the liquid to flow. a pair of liquid storage units that store the liquid; and a pair of liquid feeding units that are connected to the pair of liquid storage units and feed the liquid between the liquid storage unit and the liquid storage unit. and a pair of switching portions respectively arranged between the liquid feeding portion and the liquid storing portion for switching the liquid storing portion to which the liquid is fed.
本発明によると、安定した吐出が可能な液吐出ヘッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid ejection head capable of stable ejection.
(液吐出ヘッド)
本発明の液吐出ヘッドは、吐出口と、前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、を有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
(liquid ejection head)
The liquid ejection head of the present invention includes an ejection port, a liquid holding portion for holding the liquid to be ejected from the ejection port, and a pair of liquids which are connected to the liquid holding portion so as to allow the liquid to flow therethrough and store the liquid. a storage portion, a pair of liquid feeding portions connected to the pair of liquid storage portions and feeding the liquid between the liquid storage portion and the liquid storage portion, the liquid feeding portion and the liquid storage portion and a pair of switching portions for switching the liquid storage portion that feeds the liquid, and if necessary, other members.
本発明者らは、安定した吐出が可能な液吐出ヘッドについて検討したところ、以下の知見を得た。
従来の液吐出装置では、前記液として細胞懸濁液を吐出する場合、前記細胞懸濁液を吐出するにつれて液量が減少することにより、吐出口にかかる液圧が低くなるため吐出量が少なくなるという問題がある。
The present inventors have studied a liquid ejection head capable of stable ejection, and have obtained the following findings.
In a conventional liquid ejection device, when a cell suspension is ejected as the liquid, the liquid amount decreases as the cell suspension is ejected, and the liquid pressure applied to the ejection port decreases, resulting in a small ejection amount. There is a problem of becoming
具体的には、従来の液吐出装置では、液収容容器の内部に発生する気泡を除去するために、液収容容器の上方を大気開放しているため、膜状部材における吐出口にかかる液圧(静圧)は膜状部材から細胞懸濁液の液面までの高さ、所謂水頭に依存する。そのため、液滴を吐出するための駆動力は、膜状部材を駆動させる圧電素子の収縮応力(振動)による動圧と、水頭による静圧との組合せによって決まる。このため、従来の液吐出装置では、液滴の連続的な吐出で液収容容器内の細胞懸濁液の液量が減少し、水頭が低下すると、液滴を吐出するための駆動力が低下して液滴が吐出できなくなる「不吐出」が発生する場合があるという問題がある。
また、従来の液吐出装置では、細胞懸濁液を静置すると沈殿した細胞が吐出口に詰まりやすくなり、「不吐出」が発生する場合があるという問題がある。
Specifically, in the conventional liquid ejection device, the upper side of the liquid storage container is open to the atmosphere in order to remove air bubbles generated inside the liquid storage container. (Static pressure) depends on the height from the membrane member to the liquid surface of the cell suspension, that is, the so-called head. Therefore, the driving force for ejecting droplets is determined by the combination of the dynamic pressure due to the contraction stress (vibration) of the piezoelectric element that drives the film member and the static pressure due to the water head. For this reason, in the conventional liquid ejecting apparatus, the liquid volume of the cell suspension in the liquid container decreases due to the continuous ejection of droplets, and when the water head decreases, the driving force for ejecting the droplets decreases. As a result, there is a problem that "non-ejection" in which droplets cannot be ejected may occur.
In addition, in the conventional liquid ejecting device, when the cell suspension is allowed to stand still, the ejecting port is likely to be clogged with precipitated cells, which may cause "non-ejection".
そこで、本発明者らは、吐出口と、吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、液保持部に液を流通可能にそれぞれ接続され、液を貯留する一対の液貯留部と、一対の液貯留部にそれぞれ接続され、液貯留部と液保持部との間で液を送液する一対の送液部と、送液部と液貯留部との間にそれぞれ配置され、液を送液する液貯留部を切り替える一対の切替部と、を有する液吐出ヘッドとすることにより、液量が減少した液保持部内へ、選択的にかつ確実に送液することを可能にした。このため、液保持部内の液面高さを一定にしやすくなり、吐出を安定させることができることを見出した。 Accordingly, the present inventors proposed an ejection port, a liquid holding portion for holding the liquid to be ejected from the ejection port, a pair of liquid storage portions respectively connected to the liquid holding portions so that the liquid can be circulated and storing the liquid, a pair of liquid feeding sections connected to the pair of liquid storage sections and feeding liquid between the liquid storage section and the liquid holding section; By providing a liquid discharge head having a pair of switching parts for switching the liquid storage part to be sent, it is possible to selectively and reliably send the liquid into the liquid holding part where the amount of liquid is reduced. Therefore, the inventors have found that the liquid level in the liquid holding portion can be easily kept constant, and the discharge can be stabilized.
なお、本発明は、細胞懸濁液の場合に限らず、インクに含まれる顔料が重い白色インクや印刷物にメタリック感を表現するため微小な金属片を含むインクなどの場合に、顔料や金属片が沈降しないように液保持部内のインクを撹拌するために用いてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the case of a cell suspension, and can be used in the case of a white ink containing a heavy pigment contained in the ink or an ink containing fine metal flakes to express a metallic effect on a printed matter. may be used to agitate the ink in the liquid holding portion so that the ink does not settle.
なお、説明の便宜上、振動部材を基準にして、振動部材の液保持部側を上側、振動部材のノズルプレート側を下側とし、各部の上側を上面、下側を下面とする。 For convenience of explanation, the liquid holding portion side of the vibrating member is the upper side, the nozzle plate side of the vibrating member is the lower side, and the upper side is the upper side, and the lower side is the lower side.
<液保持部>
液保持部は、液体を保持する部材である。
液保持部は、吐出口を有するノズルプレートを有し、更に振動部材を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の部材を有することがより好ましい。
液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、大気開放部を上部側に有していることが好ましい。なお、大気開放部の位置は上部に限定されない。液体中に混入した気泡は大気開放部から排出可能に構成されている。
<Liquid holding part>
The liquid retaining portion is a member that retains liquid.
The liquid holding portion preferably has a nozzle plate having an ejection port, further has a vibrating member, and more preferably has other members as necessary.
When the droplet discharge means is an open head, it is preferable to have an atmosphere opening portion on the upper side. In addition, the position of the atmosphere opening portion is not limited to the upper portion. Air bubbles entrained in the liquid are configured to be discharged from the air release portion.
液保持部の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
液保持部の材質としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム等や、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
これらの中でも、液中に粒子を含み、その粒子として細胞やタンパク質を用いる際には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。
細胞の付着性は一般的に材質の水との接触角に依存性があると言われており、材質の親水性が高い又は疎水性が高いときには細胞の付着性が低い。親水性の高い材料としては各種金属材料やセラミックス(金属酸化物)を用いることが可能であり、疎水性が高い材料としてはフッ素樹脂等を用いることが可能である。
これら以外にも、材料表面をコーティングすることで細胞接着性を低下させることも考えられる。例えば、材料表面を前述の金属又は金属酸化物材料でコーティングすることや、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマー(例えば、日油株式会社製、Lipidure)によってコーティングすることが可能である。
液保持部の容積としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1μL以上1mL以下などが挙げられる。特に、液として、細胞懸濁液のような高価な液を使用する場合には、少量で液滴を形成できるようにするために、液保持部の容積が1μL以上200μL以下であることが好ましい。
The shape, size, material, and structure of the liquid holding portion are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
Examples of materials for the liquid holding portion include stainless steel, nickel, aluminum, silicon dioxide, alumina, zirconia, and the like.
Among these, when particles are contained in a liquid and cells or proteins are used as the particles, it is preferable to use materials with low adhesion to cells or proteins.
Adhesion of cells is generally said to depend on the contact angle of the material with water, and the adhesion of cells is low when the material is highly hydrophilic or highly hydrophobic. Various metal materials and ceramics (metal oxides) can be used as highly hydrophilic materials, and fluorine resins and the like can be used as highly hydrophobic materials.
In addition to these, it is also conceivable to reduce the cell adhesiveness by coating the surface of the material. For example, the surface of the material can be coated with the aforementioned metal or metal oxide material, or with a synthetic phospholipid polymer that mimics cell membranes (for example, Lipidure manufactured by NOF Corporation).
The volume of the liquid holding part is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. In particular, when an expensive liquid such as a cell suspension is used as the liquid, the volume of the liquid holding part is preferably 1 μL or more and 200 μL or less so that droplets can be formed in a small amount. .
液保持部が保持する液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、有機溶媒、細胞懸濁液などが挙げられる。有機溶媒としては、例えば、アルコール、鉱物油、植物油などが挙げられる。
液として、水を用いる場合には、蒸発を抑えるための湿潤剤や、表面張力を下げるための界面活性剤などの添加剤を含有することが好ましい。液に含有する添加剤としては、インクジェットインクに用いられるごく一般的な材料を用いることができる。
液保持部が保持する液が含有する粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属微粒子、無機微粒子、細胞などが挙げられる。
金属微粒子の材料としては、特に制限はなく、例えば、銀、銅などが挙げられる。金属微粒子の材料が、銀や銅であると、これらは吐出した液滴によって配線を描画する用途に用いることができる。
無機微粒子の材料としては、特に制限はなく、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素などが挙げられる。無機微粒子の材料が、酸化チタンや酸化ケイ素であると、白インクの用途やスペーサ材料の塗布用途などに用いることができる。
細胞としては、特に制限はなく、例えば、動物細胞、植物細胞、細菌などが挙げられる。細胞が、動物細胞、特にヒト由来の細胞が好ましい。細胞がヒト由来の細胞であると、薬剤試験用の細胞プレート、化粧品の評価用組織片を形成するための細胞吐出用の装置に用いることができる。
The liquid retained by the liquid retaining portion is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include water, organic solvents, cell suspensions, and the like. Organic solvents include, for example, alcohols, mineral oils, vegetable oils and the like.
When water is used as the liquid, it preferably contains additives such as a wetting agent for suppressing evaporation and a surfactant for lowering surface tension. As additives contained in the liquid, very general materials used for inkjet inks can be used.
Particles contained in the liquid retained by the liquid retaining portion are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include metal microparticles, inorganic microparticles, and cells.
Materials for the fine metal particles are not particularly limited, and examples thereof include silver and copper. When the material of the fine metal particles is silver or copper, they can be used for drawing wiring with discharged droplets.
Materials for the inorganic fine particles are not particularly limited, and examples thereof include titanium oxide and silicon oxide. When the material of the inorganic fine particles is titanium oxide or silicon oxide, it can be used for white ink applications, spacer material application applications, and the like.
Cells are not particularly limited, and examples include animal cells, plant cells, bacteria and the like. The cells are preferably animal cells, particularly human-derived cells. When the cells are human-derived cells, they can be used for cell ejection devices for forming cell plates for drug testing and tissue pieces for evaluation of cosmetics.
-ノズルプレート-
ノズルプレートは、吐出口(ノズル)が形成され、液保持部に保持された液体をその振幅運動による振動により吐出口から液滴として吐出する部材である。
ノズルプレートは、液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、液保持部の下端部に固定されている。
ノズルプレートは、液吐出ヘッドがクローズヘッドの場合には、液保持部の上端部に固定されている。
液保持部に保持された液体は、ノズルプレートの振動により貫通孔である吐出口から液滴として吐出される。
-Nozzle plate-
The nozzle plate is a member that is formed with ejection openings (nozzles) and that ejects the liquid held in the liquid holding portion as droplets from the ejection openings by vibration caused by the amplitude motion of the liquid.
The nozzle plate is fixed to the lower end portion of the liquid holding portion when the droplet ejection means is an open head.
The nozzle plate is fixed to the upper end portion of the liquid holding portion when the liquid ejection head is a closed head.
The liquid held in the liquid holding portion is ejected as droplets from ejection openings, which are through holes, due to vibration of the nozzle plate.
ノズルプレートの平面形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ノズルプレートの平面形状としては、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形などが挙げられる。
ノズルプレートの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、柔らかすぎるとノズルプレートが簡単に振動し、吐出しないときに直ちに振動を抑えることが困難であるため、ある程度の硬さを有する材質を用いることが好ましく、例えば、金属、セラミックス、高分子材料などが挙げられ、具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。これらの中でも、液保持部と同様に、粒子として細胞やタンパク質を用いる場合には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。細胞の付着性は、一般的に材質の水との接触角に依存性があると考えられており、材質の親水性又は疎水性が高いときには、細胞の付着性が低い。親水性の高い材質としては、例えば、金属やセラミック(金属酸化物)などが挙げられる。疎水性が高い材質としては、例えば、フッ素樹脂などが挙げられる。また、材料表面をコーティングすることにより細胞接着性を低下させることもできる。材料表面をコーティングする方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、材料表面を前述の金属又はセラミック(金属酸化物)でコーティングすることや、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマー(例えば、日油株式会社製、商品名:Lipidure)によってコーティングすることなどが挙げられる。
The planar shape, size, material, and structure of the nozzle plate are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
Examples of the planar shape of the nozzle plate include circular, elliptical, rectangular, square, and rhombic.
The material of the nozzle plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. It is preferable to use a material having a certain degree of hardness, and examples thereof include metals, ceramics, polymer materials, etc. Specific examples include stainless steel, nickel, aluminum, silicon dioxide, alumina, zirconia, and the like. Among these materials, when cells or proteins are used as the particles, it is preferable to use materials with low adhesion to cells or proteins, as in the case of the liquid holding portion. Adhesion of cells is generally considered to depend on the contact angle of the material with water, and when the material is highly hydrophilic or hydrophobic, the adhesion of cells is low. Examples of highly hydrophilic materials include metals and ceramics (metal oxides). Examples of highly hydrophobic materials include fluororesins. In addition, cell adhesiveness can be reduced by coating the surface of the material. The method of coating the material surface is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Coating with a synthetic phospholipid polymer (for example, manufactured by NOF Corporation, trade name: Lipidure) can be mentioned.
-吐出口-
吐出口としては、その配列数、配列態様、間隔(ピッチ)、開口形状、開口の大きさなどについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
吐出口の配列数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、液滴吐出手段の吐出面の長さ方向に沿って1列以上配設されていることが好ましく、1列以上4列以下がより好ましい。吐出口を1列以上設けることにより、単位時間当りの吐出する液滴数を増加させることができると共に、粒子の種類(例えば、細胞の種類など)に応じて列を変えて一度に吐出することができる。
1列当たりの吐出口の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択されるが、2個以上100個以下が好ましく、2個以上50個以下がより好ましく、2個以上12個以下が更に好ましい。1列当たりの吐出口の数が2個以上100個以下であると、単位時間当りに吐出する液滴数を増加させることができるため、高い生産性を有する液滴形成装置を提供することができる。
吐出口の配列態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、規則配列(例えば、千鳥格子配列など)であっても、不規則配列であってもよい。
吐出口が、複数列である場合には、隣接する吐出口から吐出される液滴同士の干渉を防止でき、粒子の検出感度を向上させるため、各列の間に仕切り部材を設けることが好ましい。仕切り部材としては、例えば、仕切り板などが挙げられる。
吐出口は、等間隔に並んで配列されていることが好ましく、隣接する吐出口の中心間の最短距離である間隔(ピッチ)Pとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、50μm以上1,000μm以下が好ましい。
吐出口の開口形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円形、楕円形、四角形などが挙げられる。
吐出口の平均径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粒子が吐出口に詰まることを避けるため、粒子の大きさの2倍以上とすることが好ましい。
粒子が、例えば、動物細胞、特にヒトの細胞である場合、ヒトの細胞の大きさは、一般的に、5μm以上50μm以下であるため、吐出口の平均径は、使用する細胞に合わせて、10μm以上100μm以下が好ましい。
一方で、液滴が大きくなり過ぎると、微小液滴を形成するという目的の達成が困難となるため、吐出口の平均径は、200μm以下であることが好ましい。したがって、吐出口の平均径は、10μm以上200μm以下がより好ましい。
-Outlet-
There are no particular restrictions on the number of ejection ports, the arrangement mode, the spacing (pitch), the shape of the openings, the size of the openings, and the like, and they can be appropriately selected according to the purpose.
The number of ejection openings arranged is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. , more preferably 1 to 4 rows. By providing one or more rows of ejection openings, the number of droplets ejected per unit time can be increased, and the rows can be changed according to the type of particles (for example, the type of cell) to eject at one time. can be done.
The number of ejection openings per row is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. More preferred are: When the number of ejection openings per row is 2 or more and 100 or less, the number of droplets ejected per unit time can be increased, so that a droplet forming apparatus with high productivity can be provided. can.
The arrangement mode of the ejection openings is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
When there are multiple rows of ejection ports, it is preferable to provide a partition member between each row in order to prevent interference between droplets ejected from adjacent ejection ports and to improve particle detection sensitivity. . Examples of the partition member include a partition plate.
The ejection ports are preferably arranged at regular intervals, and the interval (pitch) P, which is the shortest distance between the centers of adjacent ejection ports, is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. However, for example, 50 μm or more and 1,000 μm or less is preferable.
The opening shape of the ejection port is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
The average diameter of the ejection port is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
When the particles are, for example, animal cells, particularly human cells, the size of human cells is generally 5 μm or more and 50 μm or less. 10 μm or more and 100 μm or less is preferable.
On the other hand, if the droplets are too large, it will be difficult to achieve the purpose of forming fine droplets. Therefore, the average diameter of the ejection port is more preferably 10 μm or more and 200 μm or less.
-振動部材-
振動部材は、ノズルプレートを振動させて吐出口(ノズル)から液滴を吐出させる部材である。振動部材は、変位部と称することもある。
振動部材は、液滴吐出手段がオープンヘッドである場合には、ノズルプレートの下面側に形成されている。
振動部材は、液滴吐出手段がクローズヘッドである場合には、ノズルプレートの上面側に形成されている。
振動部材の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
振動部材の形状としては、特に制限はなく、ノズルプレートの形状に合わせて適宜設計することができるが、例えば、ノズルプレートの平面形状が円形である場合には、クローズヘッドの場合には、円形の振動部材を設けることが好ましい。また、オープンヘッドの場合には、吐出口の周囲に平面形状が円環状(リング状)の振動部材を形成することが好ましい。
-Vibration member-
The vibrating member is a member that vibrates the nozzle plate to eject liquid droplets from ejection ports (nozzles). The vibrating member may also be referred to as a displacement section.
The vibrating member is formed on the lower surface side of the nozzle plate when the droplet ejecting means is an open head.
The vibrating member is formed on the upper surface side of the nozzle plate when the liquid droplet ejecting means is a closed head.
The shape, size, material, and structure of the vibrating member are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
The shape of the vibrating member is not particularly limited, and can be appropriately designed according to the shape of the nozzle plate. is preferably provided. In the case of an open head, it is preferable to form a vibrating member having a circular planar shape (ring shape) around the ejection port.
振動部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、圧電素子、ノズルプレートとは線膨張係数が異なる材料などが挙げられる。 The vibrating member is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include a piezoelectric element and a material having a coefficient of linear expansion different from that of the nozzle plate.
圧電素子としては、例えば、圧電材料の上面及び下面に電圧を印加するための電極を設けた構造などが挙げられる。この場合、駆動手段から圧電素子の上下電極間に電圧を印加することによって膜の面横方向に圧縮応力が加わり、ノズルプレートを膜の面上下方向に振動させることができる。
圧電材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、又はこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたものなどが挙げられる。これらの中でも、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)が好ましい。
The piezoelectric element includes, for example, a structure in which electrodes for applying a voltage are provided on the upper and lower surfaces of a piezoelectric material. In this case, by applying a voltage between the upper and lower electrodes of the piezoelectric element from the driving means, a compressive stress is applied in the horizontal direction of the film, and the nozzle plate can be vibrated in the vertical direction of the film.
The piezoelectric material is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples include lead zirconate titanate (PZT), bismuth iron oxide, metal niobate, barium titanate, or these materials to which metals or different oxides are added. Among these, lead zirconate titanate (PZT) is preferred.
ノズルプレートとは線膨張係数が異なる材料は、ノズルプレート上に当該材料を貼付け、当該材料を加熱することによって、線膨張係数の差を利用してノズルプレートを振動させる材料である。
ノズルプレートとは線膨張係数が異なる材料を加熱する手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヒータなどが挙げられる。
The material having a coefficient of linear expansion different from that of the nozzle plate is a material that vibrates the nozzle plate using the difference in coefficient of linear expansion by applying the material on the nozzle plate and heating the material.
Means for heating a material having a coefficient of linear expansion different from that of the nozzle plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include heaters.
振動部材は、駆動部により駆動される。駆動部はノズルプレートを振動させて液滴を形成する吐出波形(吐出信号)を振動部材に付与する。つまり、駆動部は、吐出波形を振動部材に加え、ノズルプレートの振動状態を制御することにより、液保持部に保持された溶液を吐出口から液滴として吐出させることができる。 The vibrating member is driven by the driving section. The drive section applies an ejection waveform (ejection signal) to the vibrating member to vibrate the nozzle plate to form droplets. In other words, the drive section applies a discharge waveform to the vibrating member and controls the vibration state of the nozzle plate, thereby discharging the solution held in the liquid holding section as droplets from the discharge port.
<一対の液貯留部>
一対の液貯留部は、液保持部に液を流通可能にそれぞれ接続され、液を貯留する部材である。即ち、液貯留部は、液を一時的に貯留する部材である。
液貯留部の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
液貯留部の形状としては、例えば、チューブ状、管状などが挙げられる。
液貯留部の材質としては、例えば、樹脂、ゴム、エラストマー、金属などが挙げられる。これらの中でも、樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、シリコーンゴム、ナイロン、ウレタンなどが挙げられる。
<Pair of Liquid Reservoir>
The pair of liquid reservoirs are members that are respectively connected to the liquid holders so that the liquid can flow therethrough, and that store the liquid. That is, the liquid storage part is a member that temporarily stores the liquid.
The shape, material, size, structure, etc. of the liquid reservoir are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
Examples of the shape of the liquid reservoir include a tubular shape and a tubular shape.
Examples of materials for the liquid reservoir include resins, rubbers, elastomers, and metals. Among these, resin is preferable. Examples of resins include silicone rubber, nylon, and urethane.
液貯留部は、交換可能であることが好ましい。液貯留部が交換可能であると、吐出対象の種類を変更する際に、液貯留部のみの交換で対応が可能である。
液貯留部の容積は、変更可能であることが好ましい。液貯留部の容積は、変更可能であると、吐出対象の種類や液保持部の容積変化によって変化する吐出対象を撹拌するために必要な吸引排出量を調整することができ、液貯留部の内径、長さ、形状などを調整することにより変更することができる。
液貯留部の容積は、例えば、液貯留部の内径Aと長さBとから、次式、容積=(A/2)2π×B、により算出することができる。
液貯留部の容積は、同じであることが、液面高さを一定に保持するために液吸引量と排出量を同一にした際に、不要な液貯留部を生じない点から好ましい。
The liquid reservoir is preferably replaceable. If the liquid reservoir is replaceable, it is possible to change the type of ejection target by replacing only the liquid reservoir.
The volume of the liquid reservoir is preferably variable. If the volume of the liquid reservoir is changeable, it is possible to adjust the amount of suction and discharge required to agitate the ejection target, which varies depending on the type of the ejection target and the volume change of the liquid reservoir. It can be changed by adjusting the inner diameter, length, shape, and the like.
The volume of the liquid reservoir can be calculated, for example, from the inner diameter A and the length B of the liquid reservoir by the following equation, volume=(A/2) 2 π×B.
It is preferable that the volumes of the liquid reservoirs be the same, since unnecessary liquid reservoirs are not generated when the liquid suction amount and the discharge amount are made the same in order to keep the liquid level constant.
液貯留部は、液保持部に連通し吐出口(又はノズルプレート)に対して傾斜配置されることが好ましい。即ち、吐出口を通る中心軸に対して傾いて配置されていることが好ましい。
液貯留部の傾斜角度は、吐出口(又はノズルプレート)に対して、45°以上80°以下であることが好ましい。液貯留部の傾斜角度が、45°以上80°以下であることにより、液保持部内に上昇流を発生させ、液保持部の底部に堆積した粒子を分散させることができる。
液貯留部は、吐出口を通る中心軸に対して対称に配置されていることが、液保持部内の粒子の分布を均一にする点から好ましい。
液貯留部の中心軸線がそれぞれ同一平面とならないことが、液保持部の内壁付近の粒子も分散させることが可能となる点から好ましい。
液貯留部は、予め所定量の液を保持していることが好ましい。液貯留部が予め所定量の液を保持していることにより、液保持部に供給する液を迅速に供給することができる点から好ましい。
所定量の液における「所定量」とは、吐出口から吐出される液量以上の量を意味する。
It is preferable that the liquid reservoir communicates with the liquid holder and is arranged at an angle with respect to the ejection port (or nozzle plate). That is, it is preferable that they are arranged to be inclined with respect to the central axis passing through the discharge port.
The inclination angle of the liquid reservoir is preferably 45° or more and 80° or less with respect to the ejection port (or nozzle plate). By setting the inclination angle of the liquid reservoir to 45° or more and 80° or less, it is possible to generate an upward flow in the liquid reservoir and disperse the particles deposited on the bottom of the liquid reservoir.
It is preferable that the liquid reservoirs are arranged symmetrically with respect to the central axis passing through the ejection port, in order to make the distribution of the particles in the liquid reservoir uniform.
It is preferable that the central axes of the liquid reservoirs do not lie on the same plane, because it is possible to disperse the particles near the inner wall of the liquid reservoir.
It is preferable that the liquid reservoir retains a predetermined amount of liquid in advance. Since the liquid reservoir holds a predetermined amount of liquid in advance, the liquid to be supplied to the liquid holding section can be rapidly supplied.
The "predetermined amount" of the predetermined amount of liquid means an amount equal to or greater than the amount of liquid ejected from the ejection port.
<一対の送液部>
一対の送液部は、液保持部内の液を吸引及び排出する部材である。
送液部の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
送液部としては、例えば、シリンジタイプ、プランジャータイプの電動ポンプ等の定量の液量を吸引、保持、排出可能なポンプなどが挙げられる。
<A pair of liquid sending parts>
The pair of liquid feeding parts are members for sucking and discharging the liquid in the liquid holding part.
The shape, material, size, structure, and the like of the liquid feeding portion are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
Examples of the liquid feeding unit include pumps capable of sucking, holding, and discharging a fixed amount of liquid, such as syringe type and plunger type electric pumps.
一対の送液部は、複数の送液量に切替え可能であることが、吐出対象の種類や液保持部の容積を変化させた際、吐出対象を十分撹拌するために必要な吸引排出量に切り替えることができる点から好ましい。
一対の送液部の送液量とは同じであることが、撹拌時に液保持部内の液量を変化させず、液面高さを一定に保持することができる点から好ましい。
ここで、送液量としては、例えば、吸引液量、排出液量などが挙げられ、最も多い吸引液量を最大吸引液量、最も多い排出液量を最大排出液量という。
本発明においては、送液部における各最大吸引液量が、それぞれ液貯留部の容積未満である。これにより、液保持部内で撹拌している液が送液部内まで進入しないように調整できるので、吐出対象の種類を変更するごとに、送液部内の洗浄又は、送液部の交換が必要なくなる。
The pair of liquid feeding units can be switched to a plurality of liquid feeding amounts, so that when the type of discharge target or the volume of the liquid holding unit is changed, the amount of suction and discharge required to sufficiently stir the discharge target can be achieved. This is preferable because it can be switched.
It is preferable that the liquid feeding amount of the pair of liquid feeding parts be the same, since the liquid level in the liquid holding part does not change during stirring and the liquid level can be kept constant.
Here, the amount of liquid to be fed includes, for example, the amount of aspirated liquid and the amount of discharged liquid.
In the present invention, each maximum amount of aspirated liquid in the liquid feeding section is less than the volume of the liquid storing section. As a result, it is possible to prevent the liquid being agitated in the liquid holding section from entering the liquid feeding section, so it is not necessary to clean the inside of the liquid feeding section or replace the liquid feeding section each time the type of ejection target is changed. .
また、一対の送液部のいずれか一方の送液部の吸引動作に同期させて、他方の送液部が排出動作を行うことが好ましい。これにより、液吐出ヘッドは、液保持部内の溶液に含まれる粒子の均一分散状態を維持しながら吐出動作を実施しても、吐出口(又はノズルプレート)からの液面高さが変化せず、吐出口(又はノズルプレート)にかかる静圧力が一定であるため、液滴の落下速度が変化することなく、一定の落下速度かつ一定の含有される粒子濃度の液滴を吐出することが可能となる。
一対の送液部は、複数の送液速度に切替え可能であることが好ましい。
ここで、送液速度としては、例えば、吸引速度、排出速度などが挙げられる。
Further, it is preferable that one of the pair of liquid-feeding units performs a discharging operation in synchronization with the suction operation of the other liquid-feeding unit. As a result, even when the liquid ejection head performs the ejection operation while maintaining the uniform dispersion state of the particles contained in the solution in the liquid holding portion, the liquid surface height from the ejection port (or nozzle plate) does not change. , Since the static pressure applied to the ejection port (or nozzle plate) is constant, it is possible to eject droplets with a constant falling speed and a constant concentration of contained particles without changing the falling speed of the droplets. becomes.
It is preferable that the pair of liquid feeding units be switchable between a plurality of liquid feeding speeds.
Here, the liquid feeding speed includes, for example, a suction speed, a discharge speed, and the like.
一対の送液部のいずれかの液吸引動作を液吐出ヘッドの吐出動作中に実施することが好ましい。一対の送液部のいずれかの液吸引動作を液吐出ヘッドの吐出動作中に実施することにより、「吐出を停止させることによる生産性の低下」及び「吐出口の乾燥」を防止することができる。 It is preferable that the liquid suction operation of one of the pair of liquid feeding units is performed during the ejection operation of the liquid ejection head. By carrying out the liquid suction operation of one of the pair of liquid feeding units during the ejection operation of the liquid ejection head, it is possible to prevent "lowering of productivity due to stopping ejection" and "drying of the ejection port". can.
<一対の切替部>
一対の切替部は、送液部と液貯留部との間にそれぞれ配置され、液を送液する液貯留部を切り替える部材である。
切替部としては、形状、大きさ、材質、及び構造については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
切替部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、仕切弁や、三方弁、四方弁、五方弁などの多方弁などが挙げられる。これらの中でも、多方弁が好ましい。切替部が、多方弁であると、送液部と一対の液貯留部との間にある分岐点毎に1つの切替部を設けるだけで複数の液貯留部に対する送液を制御することができる。
本発明の液吐出ヘッドに切替部を設けることにより、液補給が必要な液貯留部のみに対して液を補給することができる。また、切替部を設けることにより、複雑な設計が不要になり、省スペースで安価な構成のヘッドとすることができる。
<A pair of switching parts>
The pair of switching parts are members that are arranged between the liquid feeding part and the liquid storage part, respectively, and switch the liquid storage part that feeds the liquid.
The shape, size, material, and structure of the switching portion are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
The switching unit is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Among these, multi-way valves are preferred. If the switching section is a multi-way valve, it is possible to control liquid feeding to a plurality of liquid storage sections simply by providing one switching section for each branch point between the liquid feeding section and the pair of liquid storage sections. .
By providing the switching portion in the liquid ejection head of the present invention, it is possible to replenish the liquid only to the liquid storage section that requires liquid replenishment. In addition, the provision of the switching section eliminates the need for a complicated design, enabling a space-saving and inexpensive head configuration.
<その他の部>
その他の部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液量検出部、制御部などが挙げられる。
<Other Sections>
Other parts are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include a liquid volume detection part and a control part.
<<液量検出部>>
液量検出部は、液保持部内の液量を検出する部材である。
液量検出部を設けることにより、液保持部内の液量を検出することにより、吐出だけでなく揮発による液量の変化を検出可能である点から好ましい。また、液量検出部による液量の検出結果に基づいて一対の切替部を制御するようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量を一定にすることができるため、より確実に吐出を安定させることができる。
液量検出部としては、例えば、吐出された液滴の滴数をカウントするセンサ、液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出する画像センサ、発光素子及びポジションセンサによるもの、光電センサによる水検知センサなどが挙げられる。
また、液吐出ヘッドの液保持部の少なくとも液面検出範囲については透明になっていることが好ましい。
液滴の滴数をカウントするセンサとしては、例えば、マイコンを備えたコントローラ内の吐出信号出力カウンターなどが挙げられる。
液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサとしては、例えば、カメラ、静電容量式の液量検知センサ、液体が不透明な場合には上方からのレーザー変位計などが挙げられる。
<<Liquid volume detector>>
The liquid volume detection section is a member that detects the liquid volume in the liquid holding section.
By providing the liquid amount detection section, it is possible to detect changes in the liquid amount due to not only ejection but also volatilization by detecting the amount of liquid in the liquid holding section, which is preferable. Further, the pair of switching units may be controlled based on the detection result of the liquid amount by the liquid amount detection unit. As a result, the liquid ejection head of the present invention can keep the amount of liquid in the liquid holding portion constant, so that the ejection can be more reliably stabilized.
Examples of the liquid volume detection unit include a sensor that counts the number of ejected droplets, an image sensor that captures an image of the liquid surface and detects the position of the liquid surface by image processing, a light emitting element and a position sensor, and a photoelectric sensor. A sensor-based water detection sensor and the like are included.
Further, it is preferable that at least the liquid level detection range of the liquid holding portion of the liquid ejection head is transparent.
A sensor for counting the number of droplets includes, for example, an ejection signal output counter in a controller equipped with a microcomputer.
Examples of sensors that take an image of the liquid surface and detect the position of the liquid surface by image processing include a camera, a capacitance type liquid level detection sensor, and a laser displacement meter from above when the liquid is opaque. be done.
本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液が粒子を含有する場合には、液貯留部内の液を液保持部内へ送液することにより、液保持部内の液を撹拌することで、粒子を再分散させ、粒子を吐出口に詰まりにくくさせることができ、吐出を安定させることができる。 In the liquid ejection head of the present invention, when the liquid in the liquid holding portion contains particles, the liquid in the liquid holding portion is stirred by feeding the liquid in the liquid holding portion into the liquid holding portion, thereby agitating the liquid in the liquid holding portion. can be redispersed, the particles can be prevented from clogging the ejection port, and the ejection can be stabilized.
また、本発明の液吐出ヘッドは、一対の送液部が、一方の液貯留部で貯留されている液を液保持部に移送させるとともに、液保持部から他方の液貯留部に液を移送させるようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量を調節して液面高さを一定にすることができるため、吐出を安定させることができる。 Further, in the liquid discharge head of the present invention, the pair of liquid feeding sections transfer the liquid stored in one of the liquid storage sections to the liquid storage section, and also transfer the liquid from the liquid storage section to the other liquid storage section. You can let it run. As a result, the liquid ejection head of the present invention can adjust the amount of liquid in the liquid holding portion to keep the height of the liquid level constant, so that the ejection can be stabilized.
また、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液面高さが一定になるように、一対の液移送部及び一対の切替部の少なくともいずれかを制御する制御部を更に有するようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、吐出を安定させることができる。 Further, the liquid ejection head of the present invention further includes a control section for controlling at least one of the pair of liquid transfer sections and the pair of switching sections so that the liquid level in the liquid holding section is constant. good too. Accordingly, the liquid ejection head of the present invention can stabilize ejection.
また、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部を複数備えている場合には、少なくともいずれかの液保持部で移送させる液の量を、他の液保持部で移送させる液の量と異なるように制御を行うようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、いずれかの液保持部内の液の種類が異なり、必要な撹拌力が異なる場合であっても、液の種類によって適切な撹拌を行うことができるため、吐出を安定させることができる。 Further, when the liquid ejection head of the present invention includes a plurality of liquid holding portions, the amount of liquid transferred by at least one of the liquid holding portions is different from the amount of liquid transferred by the other liquid holding portions. You may make it control like this. As a result, the liquid discharge head of the present invention can perform appropriate stirring depending on the type of liquid even when the type of liquid in one of the liquid holding portions is different and the required stirring power is different. Ejection can be stabilized.
また、本発明の液吐出ヘッドは、液貯留部における液の流量を検出する流量検出部を更に有するようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、流量検出部の検出結果に基づき、一対の送液部及び一対の切替部の少なくともいずれかを制御することにより、より確実に吐出を安定させることができる。 Further, the liquid ejection head of the present invention may further include a flow rate detection section for detecting the flow rate of the liquid in the liquid reservoir. Accordingly, the liquid ejection head of the present invention can more reliably stabilize ejection by controlling at least one of the pair of liquid feeding sections and the pair of switching sections based on the detection result of the flow rate detection section. .
また、本発明の液吐出ヘッドは、一対の液貯留部の少なくともいずれかに液が予め貯留されているようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量が所定の値より少ない場合には、一対の液貯留部の少なくともいずれかから液保持部に液を速やかに送液(供給)することができる。 Further, in the liquid ejection head of the present invention, liquid may be stored in advance in at least one of the pair of liquid storage portions. As a result, the liquid discharge head of the present invention can rapidly feed (supply) the liquid from at least one of the pair of liquid reservoirs to the liquid reservoir when the amount of liquid in the liquid reservoir is less than a predetermined value. can do.
また、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部内の液量が所定の値より少ない場合には、一対の液貯留部の少なくともいずれかから液保持部に液を送液させる制御を行うようにしてもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部に液を速やかに送液(供給)することができる。 Further, in the liquid discharge head of the present invention, when the amount of liquid in the liquid holding section is less than a predetermined value, control is performed to feed the liquid from at least one of the pair of liquid holding sections to the liquid holding section. may As a result, the liquid ejection head of the present invention can rapidly feed (supply) the liquid to the liquid holding portion.
また、本発明の液吐出ヘッドは、切替部よりも送液部側に液が移送されないようにする制御を行ってもよい。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液保持部を複数有し、その複数の液保持部に保持されている液の種類が異なる場合であっても、異なる液が混ざり合わないようにすることができる。 Further, the liquid ejection head of the present invention may perform control so that the liquid is not transferred to the liquid sending section side rather than the switching section. As a result, the liquid discharge head of the present invention has a plurality of liquid holding portions, and even when the types of liquids held in the plurality of liquid holding portions are different, the different liquids are prevented from being mixed. be able to.
<<制御部>>
制御部は、液保持部が保持する液の液面高さが一定になるように、一対の送液部、及び、一対の切替部を制御する。
制御部は、CPU(Central Processing Unit)ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、メインメモリなどを有し、液吐出ヘッド全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
<<control section>>
The control section controls the pair of liquid feeding sections and the pair of switching sections so that the liquid level of the liquid held by the liquid holding section is constant.
The control unit has a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a main memory, etc., and performs various processes based on a control program for controlling the operation of the entire liquid ejection head. Execute.
ここで、本発明の液吐出ヘッドの実施形態について、図面を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の液吐出ヘッドは、これらの態様に限定されるものではない。なお、各図面において、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は以下の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。 Here, an embodiment of the liquid ejection head of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the liquid ejection head of the present invention is not limited to these modes. In addition, in each drawing, the same code|symbol may be attached|subjected to the same component part, and the overlapping description may be abbreviate|omitted. Further, the number, positions, shapes, etc. of the constituent members described below are not limited to those described below, and the number, positions, shapes, etc., can be set to be preferable in carrying out the present invention.
図1Aは、本発明の液吐出ヘッドの一例を示す模式図であり、図1Bは、本発明の液吐出ヘッドの動作の一例を示す模式図である。
図1Aに示すように、液吐出ヘッド100は、ノズルプレート101と、振動部材111と、液保持部121と、液貯留部131及び132と、送液部141及び142と、図示しない切替部とを有している。
FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of the liquid ejection head of the invention, and FIG. 1B is a schematic diagram showing an example of the operation of the liquid ejection head of the invention.
As shown in FIG. 1A, the
なお、本実施形態では、説明の便宜上、振動部材111を基準にして、振動部材111の液保持部121側を上側、振動部材111のノズルプレート101側を下側とし、各部の上側を上面、下側を下面とする。
また、「平面視」とは、対象物を上面又は下面から視ることを意味し、「平面形状」とは対象物の上面又は下面から視た形状を意味する。
In this embodiment, for convenience of explanation, the vibrating
Further, "planar view" means viewing an object from above or below, and "planar shape" means the shape of an object seen from above or below.
図1Aに示すように、ノズルプレート101には、液保持部121に保持されている粒子124を含有する液123を吐出する吐出口102が設けられている。また、振動部材111には、振動部材111を駆動する駆動部112と、駆動部112を制御する制御部113が備えられている。
As shown in FIG. 1A, the
液保持部121は、粒子124を含有する(粒子124が分散された)液123を保持する。言い換えると、液保持部121は、吐出口102から吐出する液を保持する。
液保持部121は、上面が大気に開放された大気開放部122を有しており、液123中に混入した気体を大気に放出することができる。液保持部121は、後述する液貯留部131及び132の少なくともいずれかと液123を流通可能に接続されている。
Liquid holding
The
ノズルプレート101は、振動部材111を介して液保持部121の下端部に固定されている。
ノズルプレート101における液保持部121の略中心の部位には、貫通孔である吐出口(ノズル)102が形成されている。液保持部121に保持された液123は、ノズルプレート101の振動によりノズル102から液滴として吐出される。
The
A discharge port (nozzle) 102 that is a through hole is formed in a portion of the
振動部材111は、ノズルプレート101の上面側に形成されている。すなわち、振動部材111は、吐出口102から吐出させる液123を保持する液保持部121側に配置されている。
The vibrating
駆動部112は、振動部材111を駆動する。駆動部112は、ノズルプレート101を振動させて液滴を形成する吐出波形(吐出信号)を振動部材111に付与することができる。
つまり、駆動部112は、吐出波形を振動部材111に加え、ノズルプレート101の振動状態を制御することにより、液保持部121に保持された液123をノズル102から液滴として吐出させることができる。
The
In other words, the
一対の送液部141及び142は、液貯留部131及び132にそれぞれ接続され、液貯留部131及び132と液保持部121との間で、液保持部内の液123を吸引及び排出する部材である。
送液部141及び142による液123の送液としては、液貯留部131又は132の一方の液貯留部で貯留されている液123を液保持部121に流出させるとともに、一方の液貯留部から液保持部121に流出させた流量の液123を、液保持部121から他方の液貯留部に流入させることにより行われることが好ましい。これにより、液保持部121に保持する液123の液面高さを一定にすることができる。このため、本実施形態のように、液保持部121に収容する液123によって吐出口102にかかる液圧(静圧)と、吐出口102を変位させる動き(動圧)とにより液123を吐出する液吐出ヘッド100においては、液圧を一定にすることにより、吐出を安定させることができる。
液保持部121に保持される液123の液量が所定の値より少ない場合には、送液部は、流路の少なくともいずれかから液保持部121に液123を流入させることが好ましい。これにより、液吐出ヘッド100は、液保持部121に液123を供給することができるため、液圧を一定にして吐出を安定させることができる。
A pair of
When the liquid 123 is fed by the
When the amount of the liquid 123 held in the
液貯留部131及び132は、液保持部121に液123をそれぞれ流通可能にそれぞれ接続され、液123を一時的に貯留することができる。
また、液貯留部131及び132は交換可能であり、内径や長さを調整することにより容量を変更可能である。これらの2本の流路は、ノズル102(ノズルプレート101)に対して傾斜配置されている。すなわち、ノズル102を通る中心軸に対して傾いて配置されている。
液貯留部131及び132の配置としては、連結部の中心軸の延長線がノズルプレート101と振動部材111により形成される隅部と一致、又は隅部よりもややノズル102側になるように配置するのが好適である。
The
Also, the
The
切替部は、送液部141及び142と液貯留部131及び132との間に、それぞれ配置され、液貯留部131及び132を開閉する。切替部の詳細については、後述する。
The switching units are arranged between the
制御部113は、液保持部121が保持する液123の液面高さが一定になるように、送液部141及び142、及び、切替部を制御する。
制御部113は、CPU(Central Processing Unit)ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、メインメモリなどを有し、液吐出ヘッド100全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
The
The
制御部113は、液保持部121が保持する液123の液面高さが一定になるように、送液部141及び142、及び、切替部151及び152を制御する。
制御部113は、CPU(Central Processing Unit)ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、メインメモリなどを有し、液吐出装置全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
The
The
図1Bは、液吐出ヘッドにより液滴が形成される過程の一例を示す概略図である。図1Bでは、駆動部112から振動部材111に吐出波形を入力し、ノズルプレート101の振動によって液滴125を形成した状態を模式的に示している。
吐出波形に応じて振動部材111を介してノズルプレート101の振動部材111と接しない部分が振動を起こし、吐出口102部分が最も振幅が大きくなる。吐出口102の振動により液保持部121内の液123が液滴125として吐出される。
FIG. 1B is a schematic diagram showing an example of a process in which droplets are formed by the liquid ejection head. FIG. 1B schematically shows a state in which a discharge waveform is input from the
A portion of the
図2は、液吐出ヘッドの液保持部内の液量を検出する液量検出部としての液面高さを検出する液面検出部を配置した様子の一例を示す概略図である。
液面検出部161は常時、液保持部121内の液123の液面高さを検出し、その検出結果に基づいて、送液部141及び142をフィードバック制御する。
図2に示すように、液吐出ヘッド100の液保持部121内の液面変化を常時検出することのできる液面検出部161として画像センサを設けて、液面が規定値からずれた際、その検出結果に基づき一対の送液部(ポンプ)の排出/吸引動作の切り替えを制御することで、液吐出ヘッド100の液保持部121内の液量を一定に保ち、液面高さを維持することができる。
一対の送液部(ポンプ)の排出/吸引動作の切り替えを制御する際の液面高さの規定値は、上限値又は下限値、あるいはその両方を、制御部のSPモードなどにより外部から操作者が設定可能な構成としておくことも可能である。
また、液面検出部の検出結果の出力装置を備え、操作部に液面高さをデジタル表示可能な構成とすれば、操作者が常にヘッドの液保持部内の液面変化を確認することができる。
更に、LEDランプなどを備えることで、前記液面検出手段の検出結果の出力装置からの信号により、液面が規定値から外れた場合に発光表示させることも可能である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a state in which a liquid level detection section for detecting the liquid level height is arranged as a liquid level detection section for detecting the liquid level in the liquid holding section of the liquid ejection head.
The liquid
As shown in FIG. 2, an image sensor is provided as a liquid
The specified value of the liquid surface height when controlling the switching of the discharge/suction operation of a pair of liquid supply units (pumps) is the upper limit value, the lower limit value, or both, which can be operated externally using the SP mode of the control unit. It is also possible to have a configuration that can be set by the user.
In addition, if an output device for the detection result of the liquid level detection section is provided and the liquid level height can be digitally displayed on the operation section, the operator can always check the liquid level change in the liquid holding section of the head. can.
Furthermore, by providing an LED lamp or the like, it is possible to emit light to indicate when the liquid level deviates from the specified value, according to the signal from the output device of the detection result of the liquid level detection means.
通常、一対の送液部の一方が吸引動作を、もう一方が排出動作を同時に行い、それぞれの動作を同期させ、同一の液量の液を送液するように制御することにより、液保持部内の液面高さを一定に保ちながら液保持部内の液を撹拌している。
しかし、液吐出を継続することによって液保持部内の液量が減少、もしくは液保持部内の液の揮発による減少により液保持部内の液面高さは低下する。
そこで、吐出動作中に液面検知部により検出した液保持部内の液面高さの変化から減少した液量ΔSを検出し、次の送液手段動作時に排出量よりも供給をΔS分多くなるように制御することで、減少した液量を供給することができるため、常に液面の位置を維持することができる。
Normally, one of a pair of liquid feeding units performs a suction operation and the other performs a discharging operation at the same time. The liquid in the liquid holding part is stirred while the liquid level of the liquid holding part is kept constant.
However, the amount of liquid in the liquid holding portion decreases as the liquid discharge continues, or the liquid level in the liquid holding portion decreases due to volatilization of the liquid in the liquid holding portion.
Therefore, the reduced liquid amount ΔS is detected from the change in the liquid level in the liquid holding portion detected by the liquid level detecting portion during the ejection operation, and the supply amount is increased by ΔS from the discharge amount at the next operation of the liquid feeding means. With such control, a reduced amount of liquid can be supplied, so that the position of the liquid surface can be maintained at all times.
図3A~図3Cは、送液部1を用いた液保持部内の液の撹拌動作の一例を示す説明図である。
より具体的には、図3Aは、粒子124を含有する液123を液保持部121に入れ静置したときの様子の一例を示す説明図である。図3Aにおいては、粒子124の自由沈降により、液保持部121の底部に粒子124が沈降し、堆積した状態となっている。この状態のまま、液滴吐出動作を行うと、吐出口102近傍に粒子124が凝集しているため、吐出口102内に凝集した粒子124が詰まってしまい液滴が形成されない、いわゆる不吐出という不具合が発生するおそれがある。
また、液滴が形成できたとしても、初期の液滴内には大量の粒子124が含まれた状態で吐出され、徐々に液滴内に含まれる粒子124の含有量は減少する。そのため、吐出口102上方の粒子124が吐出されてしまうと、上澄み液だけが吐出される状態となり、経時での液滴125内の粒子124の含有量に大きなばらつきが発生してしまうという不具合がある。
3A to 3C are explanatory diagrams showing an example of the stirring operation of the liquid in the liquid holding section using the liquid feeding section 1. FIG.
More specifically, FIG. 3A is an explanatory diagram showing an example of a state when the liquid 123 containing the
Also, even if a droplet can be formed, the initial droplet contains a large amount of
図3B及び図3Cは、送液部141及び142を用いた液保持部121に保持された液123の撹拌による粒子124の再分散過程の一例を示した説明図である。
まず、図3Aに示すように、送液部141及び142のいずれか一方は、予め吸引動作を行い、流路内を負圧状態とすることで、液保持部121内の液123を一定量吸引し、保持する。本実施形態では、送液部141が吸引し、保持する例を示している。
3B and 3C are explanatory diagrams showing an example of the redispersion process of the
First, as shown in FIG. 3A, one of the
図3Bは、送液部141が排出動作を実行し、送液部142が吸引動作を実行しているときの様子の一例を示す図である。
送液部141の排出動作により、液貯留部131内を正圧状態とし、吸引保持していた液123を液保持部121内に排出する。排出された液123は液貯留部131が液保持部121と連結する部分の中心軸と略平行な流れを形成し、ノズルプレート101と振動部材111により形成される隅部に堆積した粒子124を液保持部121の壁面に沿った上昇流により、液保持部121の上方に舞い上げる作用をする。
また、送液部142は吸引動作を行い、液貯留部132内を負圧状態とすることで、液保持部121内の液123を一定量吸引し、保持する。
FIG. 3B is a diagram showing an example of a state in which the
By the discharging operation of the
Further, the
続けて、図3Cに示すように、送液部142が排出動作をすることにより、液貯留部131内を正圧状態とし、吸引保持していた液123を液保持部121内に排出する。排出された液123は液保持部121内に再び上昇流が生じさせ、粒子124を液保持部121の上方に舞い上げる作用をする。
上記の動作を繰り返すことにより、少量の液量で液保持部121の底部に沈降した粒子124を再分散させることが可能である。再分散した状態で液滴形成動作をすることにより、粒子124の沈降による不吐出や、経時での吐出された液滴125に含まれる粒子124の含有濃度の変化を防止することが可能である。
Subsequently, as shown in FIG. 3C , the
By repeating the above operation, it is possible to re-disperse the
液貯留部131と液貯留部132は、吐出口102を通る中心軸に対して片側に寄った配置とすると、液保持部121内の粒子124の分布が偏ってしまうため、対称配置であることが好ましい。
また、送液部141及び142の吸引速度、排出速度、吸引液量、及び排出液量は、液保持部121内の粒子124を均一分散させるためには、それぞれ送液部141及び142で同じ値であることが好ましい。
If the
In order to uniformly disperse the
図4A~図4Cは、送液部が交互に動作する様子の一例を示す説明図である。
図4Aにおいては、送液部141、送液部142は共に停止した状態で、送液部141と液保持部121を繋ぐ液貯留部131にあらかじめ液123が保持されている様子の一例を示している。
4A to 4C are explanatory diagrams showing an example of alternate operation of the liquid feeding units.
FIG. 4A shows an example of a state in which
図4Bにおいては、送液部141が排出動作を実施し、液保持部121内の液123内に撹拌流を発生させ、液123に含まれる粒子124を再分散させたときの様子の一例を示している。このとき、送液部142は停止しているため、液貯留部131にあらかじめ吸引されていた液123が液保持部121内に流入するので、液保持部121内の液123の液量が増加し、液面が上昇する。
FIG. 4B shows an example of the state when the
図4Cにおいては、送液部141の動作完了後に送液部142が吸引動作を実施した様子の一例を示している。液保持部121に流入した液量を送液部142で吸引し、液貯留部132に保持することにより、液保持部121内の液123の液量は減少し、液面は下降して動作前の状態に戻すことができる。
FIG. 4C shows an example of a state in which the
図5は、送液部が交互に動作する際の液保持部の液面高さの推移の一例を示す説明図である。
図3B及び図3Cで示した例とは逆に、一方の送液手段による吸引動作を実施した後に他方の送液手段による排出動作を実施すると、液保持部121の液面高さは一旦下降した後に上昇して動作前の状態に戻る。
吐出口102からの液滴の吐出を停止させた状態で沈降した粒子124を再分散させる場合には、本動作で再分散が可能である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of transition of the liquid level height of the liquid holding section when the liquid feeding section operates alternately.
Contrary to the examples shown in FIGS. 3B and 3C, when the discharging operation is performed by the other liquid feeding means after the suction operation by one liquid feeding means is performed, the liquid level in the
In the case of redispersing the
一方、液123の撹拌には、一般的に上記の沈降した粒子124の再分散の他に、分散状態にある粒子124の沈降抑制の効果も期待できる。
図3A~図3Cで示した液滴吐出動作中に液保持部121内の撹拌動作を実行することで、粒子124の沈降を抑制し、常に均一な分散状態を維持しながら液滴吐出を実施することができ、経時での液滴125に含まれる粒子濃度を一定に維持することが可能である。
On the other hand, the agitation of the liquid 123 is generally expected to have the effect of suppressing sedimentation of the dispersed
By executing the stirring operation in the
ただし、図5で示したように送液部141及び送液部142が交互に動作する場合には、上述した通り、液保持部121内の液123の液面高さが変化することで、ノズルプレート101にかかる水圧が変化し、吐出される液滴125の落下速度も変化する。
このことは、液滴125を一ヶ所に連続して吐出を続ける場合にはよいが、液滴125を等間隔に並べる場合には、一般的に、液吐出ヘッドあるいは液滴125を載置する液滴保持部材を一定速度で移動させながら一定の周期で吐出動作を行う。このため、液滴125の落下速度が変化すると、液滴125の着弾位置が変化してしまい、液滴保持部材上での液滴125の間隔が均一にならない。
図5に示すように送液部141の排出動作に同期させて送液部142の吸引動作を、又は送液部141の吸引動作に同期させて送液部142の排出動作を実施することで、液保持部121内の液量を一定に維持したまま液123を撹拌することができる。
However, when the
This is good when the
As shown in FIG. 5, the suction operation of the
図6は、本発明の液吐出ヘッド100の一部を平面視した一例を示す模式図である。
図6に示すように、液吐出ヘッド100の一部を平面視すると、隣り合う液保持部121aと121bとは、液貯留部131a及び131b、並びに液貯留部132a及び132bを介して繋がっている。液貯留部131a及び131bの分岐点、並びに液貯留部132a及び132bの分岐点には、一対の切替部151及び152が設けられている。
ここで、切替部151及び152について、図7A~図7Cを用いて詳細に説明する。
図7A~図7Cは、本発明の液吐出ヘッドにおける切替部の動作の一例を示す模式図である。なお、図7A~図7Cにおいては、図6に示すように、一つの送液部に対して二つの液保持部が繋がっている場合における切替部として、三方弁を用いた一例を示している。
図7Aは、図6における液貯留部131aと送液部141が繋がった状態を示し、図7Bは、図6における液貯留部131bと送液部141が繋がった状態を示し、図7Cは、図6における液貯留部131a及び131bの両方と送液部141が繋がった状態を示している。このように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、液の吸引及び排出を行う液保持部を選択して切り替えることができる。切替部としては、各液貯留部に電磁弁などを設け液貯留部の開閉を切替えられる構成など他の手段であっても構わない。
図7A及び図7Bに示すように、液貯留部131a及び131bのどちらかのみに接続された状態では、一つの液保持部のみの撹拌ができる送液量で送液部を制御するが、図7Cの状態のように液貯留部131a及び131bの両方ともに繋がった場合には、二つの液保持部の撹拌に必要な流量が必要となるため、前記液貯留部131a及び131bどちらかのみに接続された場合と比べて、二倍の送液量にて送液部を駆動制御することにより送液することができる。
図7A~図7Cに示すように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、一の液貯留部を弁により塞ぐことで、他の液貯留部を開放することができるため、それぞれの液貯留部に独立して切替部としての弁を配置したときよりも切替のタイミング(時期)を簡単に制御することができる。また、図7A~図7Cに示すように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、それぞれの液貯留部に独立して切替部を設ける必要がないため、液吐出ヘッドに使用する弁の数を減らすことができる。また、図7A~図7Cに示すように、液貯留部の分岐点に切替部を設けることにより、複雑な設計が不要になり、省スペースで安価な構成のヘッドとすることができる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a plan view of part of the
As shown in FIG. 6, when a portion of the
Here, the switching
7A to 7C are schematic diagrams showing an example of the operation of the switching section in the liquid ejection head of the present invention. 7A to 7C show an example of using a three-way valve as a switching section when two liquid holding sections are connected to one liquid feeding section as shown in FIG. .
7A shows a state in which the
As shown in FIGS. 7A and 7B, when only one of the
As shown in FIGS. 7A to 7C, by providing a switching portion at the branch point of the liquid reservoirs, one liquid reservoir can be closed by a valve to open the other liquid reservoirs. The switching timing can be controlled more easily than when a valve as a switching section is arranged independently in each liquid storage section. Further, as shown in FIGS. 7A to 7C, by providing a switching section at the branch point of the liquid reservoirs, there is no need to provide a switching section independently for each liquid reservoir. The number of valves can be reduced. In addition, as shown in FIGS. 7A to 7C, by providing a switching section at the branch point of the liquid storage section, a complicated design becomes unnecessary, and a space-saving and inexpensive head can be obtained.
また、一対の送液部により2つの液保持部の液撹拌を実施する場合、送液部は2つとも液保持部と連通しており、同時に同一量の送液動作を行う。2つの液保持部が、それぞれ別の吐出条件にて動作を実施している場合や液の種類が異なっている場合には、2つの液保持部での液面高さの低下量が異なる現象が生じる。
そこで、液面検出部によって一方の液保持部の液面高さが基準より低下したことを検知した時、液面高さを維持(回復)させるため、液面高さが低下した分だけ液貯留部から液保持部に排出される液量を増加させる動作を行なう。しかし、送液部は他方の液保持部とも繋がっているため、液貯留部を切り替える切替部が無いと他方の液保持部へも過剰に液を送液してしまうため、他方の液保持部の液面高さは基準よりも上昇してしまう。
本発明の液吐出ヘッドは、送液部と液保持部を繋ぐ液貯留部に切替部が設けられているため、液面高さ回復のための排出動作が行われるときは、図7A又は図7Bに示すように、液面高さが低下した液保持部を繋ぐ液貯留部のみに送液部を接続する(切替える)ことで、液面高さが低下した液保持部にだけ液が排出されるため、液面高さを維持(回復)させることができる。
Further, when the liquid agitation of the two liquid holding parts is performed by a pair of liquid feeding parts, the two liquid feeding parts communicate with the liquid holding part and simultaneously feed the same amount of liquid. When the two liquid holding parts operate under different ejection conditions or when the types of liquid are different, the amount of decrease in the liquid level in the two liquid holding parts is different. occurs.
Therefore, when the liquid level detection unit detects that the liquid level in one of the liquid holding units is lower than the reference level, the liquid level is maintained (restored) by the amount of the drop in the liquid level. An operation is performed to increase the amount of liquid discharged from the storage section to the liquid holding section. However, since the liquid feeding portion is also connected to the other liquid holding portion, if there is no switching portion for switching between the liquid holding portions, the liquid will be excessively fed to the other liquid holding portion. , the liquid level rises above the standard.
In the liquid ejection head of the present invention, since the liquid storage section that connects the liquid feeding section and the liquid holding section is provided with the switching section, when the discharging operation for recovering the liquid level height is performed, the liquid discharge head shown in FIG. 7A or FIG. As shown in 7B, by connecting (switching) the liquid feeding unit only to the liquid storage unit that connects the liquid holding unit with the lowered liquid level, the liquid is discharged only to the liquid holding unit with the lowered liquid level. Therefore, the liquid level can be maintained (restored).
(液滴形成装置及び液滴形成方法)
本発明の液滴形成装置は、本発明の液吐出ヘッドを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の液滴形成装置は、本発明の液吐出ヘッドを有するため、液滴の吐出を安定させることができる。
本発明の液滴形成方法は、液滴を形成可能な液滴形成方法であって、本発明の液吐出ヘッドを用いて、液を貯留する液貯留部と液保持部との間で液を送液する一対の送液部により、液を液貯留部と液保持部とのそれぞれに送液する工程と、一対の切替部により、液貯留部を切り替える工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の液滴形成方法は、本発明の液吐出ヘッドを用いることにより好適に行うことができ、液を液貯留部と液保持部とのそれぞれに送液する工程は一対の送液部により好適に行うことができ、液貯留部を切り替える工程は一対の切替部により好適に行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
本発明の液滴形成装置及び液滴形成方法における「液保持部」、「液貯留部」、「送液部」、及び「切替部」については、本発明の液吐出ヘッドと同様のものであるため、説明を省略する。また、本発明の液滴形成方法における各工程は、本発明における液吐出ヘッドの動作の説明と同様であるため、説明を省略する。
(Droplet forming device and droplet forming method)
The droplet forming apparatus of the present invention has the liquid ejection head of the present invention and, if necessary, other means.
Since the droplet forming apparatus of the present invention has the liquid ejection head of the present invention, it is possible to stabilize ejection of droplets.
The droplet forming method of the present invention is a droplet forming method capable of forming droplets, and uses the liquid ejection head of the present invention to dispense liquid between a liquid reservoir and a liquid holding section. a step of feeding a liquid to each of a liquid storage portion and a liquid holding portion by a pair of liquid feeding portions for feeding a liquid; and a step of switching the liquid storage portion by a pair of switching portions; and other steps.
The droplet forming method of the present invention can be suitably carried out by using the liquid ejection head of the present invention, and the step of feeding the liquid to each of the liquid storage section and the liquid holding section is performed by a pair of liquid feeding sections. The process of switching the liquid reservoir can be suitably performed by a pair of switching parts, and the other processes can be performed by other means.
The "liquid holding section", "liquid storage section", "liquid feeding section" and "switching section" in the droplet forming apparatus and droplet forming method of the present invention are the same as those of the liquid ejection head of the present invention. Therefore, the description is omitted. Also, each step in the droplet formation method of the present invention is the same as the description of the operation of the liquid ejection head of the present invention, so the description is omitted.
(分注装置)
本発明の分注装置は、本発明の液滴形成装置を有し、更に必要に応じて、粒子数計数手段、その他の手段を有する。
本発明の分注装置は、本発明の液滴形成装置を有することにより、吐出を安定させることができるため、吐出した液滴を収容する液量のばらつきを少なくすることができる。
(dispensing device)
The dispensing device of the present invention has the droplet forming device of the present invention and, if necessary, particle number counting means and other means.
Since the dispensing apparatus of the present invention can stabilize ejection by having the droplet forming apparatus of the present invention, it is possible to reduce variations in the amount of liquid containing the ejected droplets.
<粒子数計数手段>
粒子数計数手段は、液滴に含まれる粒子を計数する手段であり、液滴の吐出後、かつ液滴の被着対象物への着弾前に、液滴に含まれる粒子数をセンサによって計数する手段であることが好ましい。
センサとは、自然現象や人工物の機械的・電磁気的、熱的、音響的、又は化学的性質、或いはそれらにより示される空間情報・時間情報を、何らかの科学的原理を応用して、人間や機械が扱い易い別媒体の信号に置き換える装置を意味する。
<Particle number counting means>
The particle number counting means is means for counting particles contained in a droplet, and the number of particles contained in the droplet is counted by a sensor after the droplet is ejected and before the droplet lands on the object to be adhered. Preferably, it is a means for
Sensors are used to capture the mechanical, electromagnetic, thermal, acoustic, or chemical properties of natural phenomena and artifacts, or the spatial and temporal information indicated by them, by applying some scientific principles to human beings and human beings. It means a device that replaces a signal of another medium that is easy for a machine to handle.
粒子数計数手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、吐出前に粒子を観測する処理、着弾後の粒子をカウントする処理を含んでもよい。 The particle number counting means is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, and may include a process of observing particles before discharge and a process of counting particles after landing.
液滴の吐出後、かつ液滴の被着対象物への着弾前に、液滴に含まれる粒子数の計数としては、液滴が被着対象物としてのプレートのウェルに確実に入ることが予測されるウェル開口部の直上の位置にあるタイミングにて液滴中の粒子を観測することが好ましい。 Counting the number of particles contained in the droplet after the droplet is ejected and before the droplet lands on the object to be adhered ensures that the droplet enters the well of the plate as the object to be adhered. It is preferable to observe the particles in the droplet at a timing that is directly above the expected well opening.
プレートとしては、特に制限はなく、バイオ分野において一般的に用いられる穴が形成されたものを用いることが可能である。
プレートにおけるウェルの数は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単数であってもよく、複数であってもよい。
ウェルの数が複数であるプレートとしては、ウェルの数が24個、96個、384個など業界において一般的な個数及び寸法で穴が形成されたものを用いることが好ましい。
プレートの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、後の処理のために、細胞や核酸の壁面への付着が抑制されているものを用いることが好ましい。
The plate is not particularly limited, and a plate having holes generally used in the biotechnology field can be used.
The number of wells in the plate is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and may be singular or plural.
As a plate having a plurality of wells, it is preferable to use a plate having holes formed in the number and dimensions generally used in the industry, such as 24, 96, or 384 wells.
The material of the plate is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, but it is preferable to use a material that suppresses adhesion of cells or nucleic acids to the wall surface for later treatment.
液滴中の粒子を観測する方法としては、例えば、光学的に検出する方法、電気的・磁気的に検出する方法などが挙げられる。 Methods for observing particles in droplets include, for example, an optical detection method, an electric/magnetic detection method, and the like.
<その他の手段>
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、制御手段、表示手段、記録手段などを有することが好ましい。
<Other means>
Other means are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, it is preferable to have control means, display means, recording means, and the like.
以上説明したように、本発明の液吐出ヘッドは、吐出口と、液保持部と、一対の液貯留部と、一対の送液部と、一対の切替部と、を有することにより、液保持部が保持する液の液面高さが一定になるように、一対の送液部及び一対の切替部を制御して、液保持部が保持する液を送液して撹拌することで、吐出を安定させることができる。また、この液吐出ヘッドを有する液滴形成装置及び分注装置においても同様の効果を得ることができる As described above, the liquid ejection head of the present invention includes an ejection port, a liquid holding portion, a pair of liquid storage portions, a pair of liquid feeding portions, and a pair of switching portions. A pair of liquid feeding units and a pair of switching units are controlled so that the liquid level height of the liquid held by the liquid holding unit is constant, and the liquid held by the liquid holding unit is fed and agitated to discharge the liquid. can be stabilized. Similar effects can also be obtained in a droplet forming apparatus and a dispensing apparatus having this liquid ejection head.
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> 吐出口と、
前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、
前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、
前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、
前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、
を有することを特徴とする液吐出ヘッドである。
<2> 前記切替部が、三方弁である前記<1>に記載の液吐出ヘッドである。
<3> 前記液保持部が保持する前記液を前記吐出口から吐出させる振動部材を更に有する前記<1>から<2>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<4> 前記液保持部内の液量を検出する液量検出部を更に有する前記<1>から<3>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<5> 前記液量検出部による前記液面高さの検出結果に基づいて前記一対の切替部の開閉を制御する制御部を更に有する前記<1>から<4>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<6> 前記一対の送液部が、一方の前記液貯留部で貯留されている前記液を前記液保持部に送液させるとともに、前記液保持部から他方の前記液貯留部に前記液を送液させる前記<1>又は<5>に記載の液吐出ヘッドである。
<7> 前記制御部が、前記液保持部内の液面高さが一定になるように、前記一対の送液部及び前記一対の切替部の少なくともいずれかを制御する前記<1>から<6>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<8> 前記液保持部を複数有し、
一の前記液保持部が、一の前記液貯留部がそれぞれ前記送液部に接続され、他方の前記液貯留部の複数がそれぞれ他方の前記送液部に接続されている前記一対の液貯留部と、
前記一対の液貯留部と同数の前記一対の切替部と、
を有し、
前記一対の送液部、及び、前記一対の液貯留部と同数の前記一対の切替部の制御により、複数の前記液保持部のうち少なくともいずれかの前記液を選択的に送液させる前記<1>から<7>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<9> 少なくともいずれかの前記液保持部で送液させる前記液の量を、他の前記液保持部で移送させる前記液の量と異なるように制御を行う前記<8>に記載の液吐出ヘッドである。
<10> 前記液貯留部における前記液の前記流量を検出する流量検出部を更に有し、
前記流量検出部の検出結果に基づき、前記一対の液移送部及び前記一対の開閉部の少なくともいずれかを制御する前記<1>から<9>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<11> 前記一対の液貯留部の少なくともいずれかに前記液が予め貯留されている前記<1>から<10>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<12> 前記液保持部内の前記液の液量が所定の値より少ない場合には、
前記一対の液貯留部の少なくともいずれかから前記液保持部に前記液を送液させる制御を行う前記<1>から<11>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<13> 前記切替部よりも前記液移送部側に前記液が送液されないように制御を行う前記<1>から<12>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<14> 前記液が粒子を含有する前記<1>から<13>のいずれかに記載の液吐出ヘッドである。
<15> 前記<1>から<14>のいずれかに記載の液吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴形成装置である。
<16> 前記<15>に記載の液滴形成装置を有することを特徴とする分注装置である。
<17> 液滴を形成可能な液滴形成方法であって、
前記<1>から前記<14>のいずれかに記載の液吐出ヘッドを用いて、
前記液を貯留する前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部により、前記液を前記液貯留部と前記液保持部とのそれぞれに送液する工程と、
前記一対の切替部により、前記液貯留部を切り替える工程と、
を含むことを特徴とする液滴形成方法である。
Aspects of the present invention are, for example, as follows.
<1> a discharge port;
a liquid holding part that holds the liquid to be discharged from the discharge port;
a pair of liquid storage units respectively connected to the liquid storage unit so as to allow the liquid to flow therethrough and storing the liquid;
a pair of liquid feeding units connected to the pair of liquid storage units and feeding the liquid between the liquid storage unit and the liquid holding unit;
a pair of switching units arranged between the liquid feeding unit and the liquid storage unit and switching between the liquid storage units that deliver the liquid;
It is a liquid ejection head characterized by having
<2> The liquid ejection head according to <1>, wherein the switching unit is a three-way valve.
<3> The liquid ejection head according to any one of <1> to <2>, further including a vibrating member for ejecting the liquid held by the liquid holding portion from the ejection port.
<4> The liquid ejection head according to any one of <1> to <3>, further including a liquid amount detection unit that detects the amount of liquid in the liquid holding unit.
<5> The liquid according to any one of <1> to <4>, further comprising a control section that controls opening and closing of the pair of switching sections based on the detection result of the liquid level height detected by the liquid amount detection section. It is an ejection head.
<6> The pair of liquid feeding units feeds the liquid stored in one of the liquid storage units to the liquid storage unit, and transfers the liquid from the liquid storage unit to the other liquid storage unit. The liquid ejection head according to <1> or <5>, which sends liquid.
<7> The above <1> to <6, wherein the control unit controls at least one of the pair of liquid feeding units and the pair of switching units so that the liquid level in the liquid holding unit is constant. > is the liquid ejection head according to any one of the above.
<8> having a plurality of liquid holding portions,
One of the liquid holding parts is a pair of liquid reservoirs in which one of the liquid storage parts is connected to the liquid delivery part, and a plurality of the other liquid storage parts are connected to the other liquid delivery part. Department and
the same number of the pair of switching units as the pair of liquid storage units;
has
By controlling the pair of liquid feeding units and the pair of switching units in the same number as the pair of liquid storage units, at least one of the plurality of liquid holding units is selectively fed. The liquid ejection head according to any one of 1> to <7>.
<9> The liquid ejection according to <8>, wherein the amount of the liquid transferred by at least one of the liquid holding portions is controlled so as to be different from the amount of the liquid transferred by the other liquid holding portions. is the head.
<10> further comprising a flow rate detection section for detecting the flow rate of the liquid in the liquid storage section;
The liquid ejection head according to any one of <1> to <9>, wherein at least one of the pair of liquid transfer sections and the pair of opening/closing sections is controlled based on the detection result of the flow rate detection section.
<11> The liquid ejection head according to any one of <1> to <10>, wherein the liquid is stored in advance in at least one of the pair of liquid storage portions.
<12> When the amount of the liquid in the liquid holding portion is less than a predetermined value,
The liquid ejection head according to any one of <1> to <11>, which performs control to feed the liquid from at least one of the pair of liquid storage sections to the liquid holding section.
<13> The liquid ejection head according to any one of <1> to <12>, wherein control is performed so that the liquid is not sent to the liquid transfer section side of the switching section.
<14> The liquid ejection head according to any one of <1> to <13>, wherein the liquid contains particles.
<15> A droplet forming apparatus including the liquid ejection head according to any one of <1> to <14>.
<16> A dispensing device comprising the droplet forming device according to <15>.
<17> A droplet forming method capable of forming droplets,
Using the liquid ejection head according to any one of <1> to <14>,
The liquid is fed to the liquid storage section and the liquid holding section by a pair of liquid feeding sections that feed the liquid between the liquid storage section that stores the liquid and the liquid holding section. process and
a step of switching the liquid storage section by the pair of switching sections;
A method for forming droplets, comprising:
前記<1>から<14>のいずれかに記載の液吐出ヘッド、前記<15>に記載の液滴形成装置、前記<16>に記載の分注装置、前記<17>のいずれかに記載の液滴形成方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。 The liquid ejection head according to any one of <1> to <14>, the droplet forming device according to <15>, the dispensing device according to <16>, and the dispensing device according to any one of <17>. According to the droplet formation method of 1, the above problems in the conventional art can be solved and the object of the present invention can be achieved.
100 液吐出ヘッド
101 ノズルプレート
102 吐出口
111 振動部材(変位部)
112 駆動部
113 制御部
121 液保持部
123 液
125 液滴
131、132 液貯留部
141、142 送液部
151、152 切替部
161 液量検出部
REFERENCE SIGNS
112
Claims (7)
前記吐出口から吐出する液を保持する液保持部と、
前記液保持部に前記液を流通可能にそれぞれ接続され、前記液を貯留する一対の液貯留部と、
前記一対の液貯留部にそれぞれ接続され、前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部と、
前記送液部と前記液貯留部との間にそれぞれ配置され、前記液を送液する前記液貯留部を切り替える一対の切替部と、
を有することを特徴とする液吐出ヘッド。 a discharge port;
a liquid holding part that holds the liquid to be discharged from the discharge port;
a pair of liquid storage units respectively connected to the liquid storage unit so as to allow the liquid to flow therethrough and storing the liquid;
a pair of liquid feeding units connected to the pair of liquid storage units and feeding the liquid between the liquid storage unit and the liquid holding unit;
a pair of switching units arranged between the liquid feeding unit and the liquid storage unit and switching between the liquid storage units that deliver the liquid;
A liquid ejection head comprising:
請求項1から4のいずれかに記載の液吐出ヘッドを用いて、
前記液を貯留する前記液貯留部と前記液保持部との間で前記液を送液する一対の送液部により、前記液を前記液貯留部と前記液保持部とのそれぞれに送液する工程と、
前記一対の切替部により、前記液貯留部を切り替える工程と、
を含むことを特徴とする液滴形成方法。
A droplet forming method capable of forming droplets,
Using the liquid ejection head according to any one of claims 1 to 4,
The liquid is fed to the liquid storage section and the liquid holding section by a pair of liquid feeding sections that feed the liquid between the liquid storage section that stores the liquid and the liquid holding section. process and
a step of switching the liquid storage section by the pair of switching sections;
A droplet forming method comprising:
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