喷射系统以及利用喷射系统喷射的方法

喷射系统以及利用喷射系统喷射的方法
【专利摘要】喷射系统(1)具有：头单元(10)，其包括喷射头(11)，该喷射头(11)通过压电元件(12)使空腔(13)的内压变化，从与空腔(13)相连通的喷嘴开口(14)向目标(51)喷射液状体(25)；粘度估计单元(81)，其通过将液状体(25)从收容有液状体(25)的第一容器(21)吸引至空腔(13)，来估计液状体(25)的粘度；以及波形控制单元(82)，其根据估计出的液状体(25)的粘度来控制施加于压电元件(12)的电压。
【专利说明】喷射系统以及利用喷射系统喷射的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种喷射系统以及利用喷射系统向目标喷射液状体的方法。

【背景技术】
[0002]在日本专利公开2001-324510号公报(文献I)中记载了如下内容:能够按照各凹处、按照各列或者按照各行等各种方式将试样的添加量设为期望值，由此提供具有高精密度和正确度、具有通用性且便利性高的喷射容量可变液体分注装置以及喷射容量可变自动分液系统。因此，在该文献I中记载了以下内容:与各移液管对应地设置用于取出储液器内存储的液体试样的泵，通过控制部来控制泵，利用各移液管分别独立地向各列或者各行的凹处注入规定量的液体试样。


【发明内容】

[0003]关于通过使用对打印装置开发出的喷墨技术喷射含有墨等涂料、试剂等药剂的液状体来进行描绘和/或涂布的技术(图案形成技术)，在打印、液晶等的视频设备的制造、包含DNA芯片的半导体的制造、免疫检查等各种领域中被利用，或者正在研究对该技术的利用。在对目标喷射各种液状体的情况下，重要的是喷射出期望的喷射量。
[0004]本发明的一个方式是一种喷射系统，具有:喷射头，其通过致动器使空腔的内压变化，从与空腔相连通的喷嘴开口向目标喷射液状体；状态估计单元，其通过将液状体从收容有液状体的第一容器经由喷嘴开口吸引至空腔，来估计液状体的状态；以及驱动条件设定单元，其根据估计出的液状体的状态来设定驱动致动器的条件。
[0005]在喷墨技术中，如果设定了喷射的条件，则能够再现性良好地喷射液状体，能够在液滴水平上管理液状体的喷射量。在该喷射系统中，能够通过吸引状态不明的液状体来估计其状态，根据估计出的液状体的状态来设定驱动致动器的条件。因而，能够提供一种即使是未知液状体也容易喷射出期望喷射量的液状体的喷射系统。
[0006]优选的是，状态估计单元包括粘度估计单元，该粘度估计单元根据液状体的规定压力下的吸引量和吸引时间来估计液状体的粘度，驱动条件设定单元包括波形控制单元，该波形控制单元根据估计出的液状体的粘度来控制施加于致动器的电压。即使是粘度不清楚的液状体也能够通过估计其粘度来设定适于喷射出期望喷射量的驱动电压。
[0007]优选的是，该喷射系统具有液面检测单元，该液面检测单元检测喷射头吸引液状体时的液状体的液面，状态估计单元包括根据液面的移动或者到达规定位置来估计液状体的状态的单元。因此，优选液面检测单元包括传感器，该传感器检测到达规定位置的液面。
[0008]进一步地，优选状态估计单元包括根据第一容器的重量变化来估计液状体的状态的单元。优选能够精密地测量第一容器的重量以根据第一容器的重量变化来估计状态。因此，优选该喷射系统还具有:重量测量单元，其测量包含第一容器的容器组以及在容器组中收纳的液状体的重量；以及第一喷射量确认单元，其利用重量测量单元来测量喷射头从容器组中的任一容器吸引时的重量的变化以及喷射头向容器组中的任一容器喷射时的重量的变化，确认喷射头的喷射量。在喷墨技术中，每个液滴的喷射量的再现性高，因此通过预先确认重量，能够不通过重量本身的管理而是通过液滴数的管理来进行喷射量的管理。在该喷射系统中，能够根据喷射出的液滴的数和量来确认一滴液滴所对应的量，从而利用液滴数来管理对目标的喷射量。
[0009]优选该喷射系统还具有第二喷射量确认单元，该第二喷射量确认单元利用重量测量单元来测量喷射头向目标喷射之后向容器组中的任一容器喷射时的重量的变化，确认喷射至目标的液状体的喷射量。能够通过测量容器组中的某一容器的重量，来确认向目标喷射液状体的喷射量。在该喷射系统中，利用向目标喷射的液滴数来管理喷射量，因此在向目标喷射之后确认向目标喷射的液滴数和喷射量，由此能够追认向目标喷射的量。
[0010]优选该喷射系统还具有:重量测量单元，其测量包含第一容器的容器组以及在容器组中收纳的液状体的重量；以及第二喷射量确认单元，其利用重量测量单元来测量喷射头从容器组中的任一容器吸引时的重量的变化以及喷射头向目标喷射之后向容器组中的任一容器喷射时的重量的变化，确认喷射至目标的液状体的喷射量。
[0011 ] 优选该喷射系统还具有:图像摄像单元，其拍摄从喷嘴开口喷射至容器组中的任一容器的液滴的图像；以及再现性确认单元，其通过比较由图像摄像单元记录的图像来确认液滴的喷射状态的再现性。
[0012]优选的是，该喷射系统还具有平台移动单元，该平台移动单元使载置目标的平台相对于喷射头相对地移动，使得目标位于喷射头的下方，通过平台移动单元使图像摄像单元与平台的移动连动地移动到拍摄液滴的位置。
[0013]优选的是，容器组被搭载于重量测量单元，该喷射系统还具有输送单元，该输送单元使重量测量单元相对于喷射头相对地移动。
[0014]优选该喷射系统还具有锁定单元，该锁定单元限制重量测量单元相对于喷射头的移动。
[0015]优选锁定单元包括:锁定杆，其与喷射头的升降连动地升降；以及锁定板，其在喷射头被插入到第一容器时，限制锁定杆在水平方向上的移动来固定喷射头的位置。
[0016]优选的是，该喷射系统具有多个喷射头，状态估计单元包括通过利用多个喷射头的各喷射头吸引多个容器的各容器的液状体来估计各容器的液状体的状态的单元，驱动条件设定单元包括根据估计出的各容器的液状体的状态来设定驱动各致动器的条件的单元。
[0017]本发明的一个不同方式是一种利用喷射系统向目标喷射液状体的方法，喷射系统具有:喷射头，其通过致动器使空腔的内压变化，从与空腔相连通的喷嘴开口向目标喷射液状体；以及控制单元，其控制致动器，该方法包括以下步骤:估计状态步骤，控制单元通过将液状体从收容有液状体的第一容器经由喷嘴开口吸引至空腔，来估计液状体的状态；以及设定驱动条件步骤，根据估计出的液状体的状态来设定驱动致动器的条件。
[0018]优选的是，估计状态步骤包括根据液状体的规定压力下的吸引量和吸引时间来估计液状体的粘度，设定驱动条件步骤包括根据估计出的液状体的粘度来控制施加于致动器的电压。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1是从上方表示喷射系统的图。
[0020]图2是从前方表示喷射系统的图。
[0021]图3是从喷射系统的右方表示喷射头吸引时的情形的图。
[0022]图4是从喷射系统的前方表示锁定单元被锁定的情形的图。
[0023]图5是从喷射系统的前方表示锁定单元的锁定被解除的情形的图。
[0024]图6是从喷射系统的上方表示锁定单元的锁定被解除的情形的图。
[0025]图7是从喷射系统的右方表示喷射头向第二容器喷射液状体的情形的图。
[0026]图8是从喷射系统的右方表示喷射头向目标喷射液状体的情形的图。
[0027]图9是表示控制单元的处理的流程图的图。
[0028]图10是表示测量液状体的吸引时间的其它例子的图。
[0029]图11是表示控制单元的不同处理的流程图的图。

【具体实施方式】
[0030]在图1和图2中，通过从各方向观察到的图示出了本发明所涉及的喷射系统的概要结构。图1是从上方观察喷射系统的图，图2是从前方观察喷射系统的图。该喷射系统(描绘系统、涂布系统、喷射装置、免疫层析(immunochix) mato)分注装置)I具有:头单元
10,其包括喷射头11,该喷射头11向目标(膜(m embrane)、纤维素(cellulose)膜)51喷射液状体(液体、抗体、抗原、蛋白质、DNA溶液、试剂、检体等)25 ;重量测量单元30，其包括电子天平31，该电子天平31测量吸引和/或喷射液状体25的容器组(液体瓶组)20的重量；以及控制单元80,其控制头单元10和重量测量单元30。将头单元10、重量测量单元30和控制单元80收纳在外壳90内侧。容器组(液体瓶组)20也可以是树脂制的管、薄片。
[0031]头单元10包括:在第一方向(X方向、左右方向)101上排列的三个喷射头11、使喷射头11的空腔(压力室)13的内压(内容积)变化的致动器(Piezo element,压电元件)12、以及使喷射头11在第二方向(Y方向、前后方向)102和第三方向(Z方向、上下方向)103上移动的头移动单元(电动机)15。各喷射头11是包含独立的玻璃制的管状部件(喷嘴)19的喷嘴型的头，是管状部件19的前端细长地延伸而使其顶端成为喷嘴开口 14并能够使喷嘴开口 14进入到各容器20中来吸引液状体25的抽吸(吸入)型的头。此外，头单元10也可以包含四个以上喷射头11，各喷射头11可以在左右方向101上排列成一列，例如也可以在前后方向102上错开位置地配置。另外，第一方向101、第二方向102以及第三方向103相互正交。
[0032]重量测量单元30包括电子天平31、搭载于电子天平31的托盘32以及排列在托盘32上的24个容器组(液体瓶组)20。24个液体瓶组20被配置成左右方向101上三列(三行)、前后方向102上八列的矩阵状,包括配置于前方102a的第一列至第七列的21个第一容器21以及配置于最后方102b的一列的三个第二容器22。第一容器21是用于收容在左右方向101的每列都不同的液状体25的容器，第二容器22是用于喷射(喷出)液状体25的容器，在初始设置时未收容有液状体25。
[0033]在该喷射系统I中，当从控制单元80输出液状体25的吸引指示(吸引信号)时，头移动单兀15使喷射头11在前后方向102上移动而配置于第一容器21的上方103a的位置，使喷射头11前端的喷嘴开口 14向下方103b下降而插入到第一容器21的液状体25中。接收到吸引指示的压力控制单元88经由管89对喷射头11施加负压，液状体25被从第一容器21吸引(抽吸)到空腔13、管89内。还可以构成为在喷射头11与压力控制单元88之间设置容器(未图示)，将液状体25抽吸到该容器内。当从控制单元80输出液状体25的喷射指不(喷射信号)时，头移动单兀15使喷射头11向上方103a上升而从第一容器21拔出前端的喷嘴开口 14，使喷射头11在前后方向102上移动而配置于期望位置(例如目标51、第二容器22的上方103a的位置)。接收到喷射指示的驱动器(未图示)驱动喷射头11的压电元件12，通过压电元件12的伸缩和/或变形来使空腔13的内压变化，由此液状体25作为液滴25a而从与空腔13相连通的喷嘴开口 14喷射出来。
[0034]在该喷射系统I中，在初始状态下存在电子天平31上的第一容器21中未填充液状体25的情况和填充有液状体25的情况。在第一容器21中未填充液状体25的情况下，在电子天平31上设置有空的第一容器21和第二容器22。在该情况下，只要重量测量单元30在第一容器21为空的状态下测量位于电子天平31上的容器组20等结构部件的总重量，并在将液状体25放置在第一容器21中的状态下同样地测量总重量，就能够获知所放置的液状体25的重量。关于所放置的该液状体25的总重量，能够通过每次运算后续的喷射到薄膜(目标)51上的液状体25的喷射量、因清洁而排出的重量、附着于喷嘴开口 14而被刮板、多孔质体拭去的量等，来计算有效剩余量。或者在从已经将液状体25放置在第一容器21中的状态起开始测量的情况下，通过利用重量测量单元30来测量喷射头11从第一容器21吸引时的重量的变化、喷射头11向第二容器22喷射时的重量的变化以及喷射头11在向目标51喷射之后向第二容器22喷射时的重量的变化等，能够测量在第一容器21、第二容器22以及喷射头11之间移动的液状体25的重量。此外，同样地，还能够将从第一容器21吸引出的液状体25不向第二容器22喷射而向第一容器21喷射来测量重量的变化等。
[0035]在该重量测量单元30中，始终监视第一容器21和第二容器22的重量。因此，可获知各喷射头11从第一容器21吸入的液状体25的重量。并且，如果喷射头11向第一容器21或者第二容器22喷射规定数量的液滴25a，则可获知每次喷射的重量增加。喷墨的一滴一滴的喷射量的再现性高。因此，如果将重量增加除以喷射数，则可高精度地获知一滴一滴的喷射量，之后能够通过液滴数的管理来进行重量管理。因此，例如还能够计算(测量、检测)放置在第一容器21中的液状体25的重量、吸引至喷射头11的空腔13的液状体25的重量、从喷射头11喷射出的液状体25的重量、残留在第一容器21 (第二容器22)中的液状体25的重量以及残留在喷射头11的空腔13内的液状体25的重量等。并且，能够计算出存储从喷射头11排出的液状体25的第二容器22的残留重量，因此不借助图像处理、遮光传感器等就能够估计出第二容器22的液状体25的液面高度。因此，能够监视从喷射头11排出的液状体25的总重量，能够抑制液状体25从第二容器22溢出。
[0036]该喷射系统I还具有:输送单元35，其使重量测量单元30相对于头单元10在左右方向101上移动；锁定单元60，其限制重量测量单元30相对于头单元10在左右方向101上的移动；平台移动单元55，其使载置目标51的平台(载置台)50相对于头单元10在左右方向101上移动，使得目标51位于喷射头11的下方103b ;以及图像摄像单元40，其通过平台移动单元55与平台50的移动连动地移动到与第二容器22相对的位置，拍摄被喷射至第二容器22的液滴25a (液状体25)的图像。
[0037]图像摄像单元40为典型的具备(XD、CM0S等摄像元件和光学透镜的照相机。由照相机40获取到的图像被发送到控制单元80来进行记录(历史记录管理)和图像处理，由此，能够通过对喷射至第二容器22的液滴25a的状态、例如液滴25a的飞行方式(飞行方向、喷射方式、喷射状态)等进行识别和比较，来确认飞行方式的再现性，或者识别液滴25a中包含的微细颗粒(粒状体、细胞)等。在三个第二容器22各自的前方102a，以在前后方向102上与各第二容器22对置的方式配置有三个闪光灯41。
[0038]该喷射系统I的控制单元80包含CPU、存储器等计算机所通用的资源，通过在RAM等存储器中存储的程序(程序产品)来控制头单元10、重量测量单元30、输送单元35、平台移动单元55、图像摄像单元40以及压力控制单元88等。控制单元80也可以是使用了ASIC、LSI等其它集成电路的控制装置。以下说明的控制单元80的各单元(功能)通过程序或者适当的电路而被安装于控制单元80。该控制单元80的各单元也能够在作为喷射系统I的主机的个人计算机等主机装置侧实现。
[0039]控制单元80具有:粘度估计单元(状态估计单元)81，其将各液状体25从第一容器21经由各喷嘴开口 14吸引至空腔13，由此估计各液状体25的粘度(状态)；波形控制单元(电压控制单元、驱动条件设定单元)82，其根据所估计出的液状体25的粘度(状态)来控制驱动压电元件12的条件，例如每个液状体的、即每个喷嘴的施加于压电元件12的电压、脉冲宽度、脉冲形状；再现性确认单元83，其通过比较每个喷嘴的由图像摄像单元40记录的图像，来确认每个液状体的液滴25a的喷射状态(飞行方式)的再现性；第一喷射量确认单元84，其通过重量测量单元30，针对每个液状体确认喷射至第二容器22的液状体25的喷射量和喷射液滴数，从而计算和/或确认各喷嘴的每个液滴的重量；以及第二喷射量确认单元85，其通过重量测量单元30，针对每个液状体确认在向目标51喷射之后喷射至第二容器22的液状体25的喷射量和喷射液滴数，从而计算和/或确认各喷嘴的每个液滴的重量。
[0040]在图3中，通过从右方1lb观察喷射系统I的图来示出喷射头11从第一容器21吸引液状体25的情形。控制单元80的粘度估计单元81估计由喷射头11吸引至空腔13、其上游的管89、容器(未图示)的液状体25的粘度。
[0041]估计液状体25的粘度的方法的一例是，根据液状体25的吸引量a和吸引时间t来估计液状体25的粘度。通常，关于喷射头，包含喷嘴开口的喷嘴的形状根据喷射头不同而不同，因此从空腔被挤压到喷嘴开口的液状体的流体阻力根据喷射头不同而不同。因此，即使是相同的喷射条件，每个喷射头喷射出的液状体的量也会不同，以期望的喷射量来喷射液状体并不容易，并且，在喷射包含粘度的状态(特性)不清楚的未知液状体的情况下，以期望的喷射量来进行稳定的喷射会越发困难。
[0042]在本发明中，事先针对各喷射头在规定的温度、压力和时间的环境下吸引预先辨明粘度的液状体(液体)并测量其吸引量，针对多个粘度进行该处理，将按各粘度测量出的吸引量和吸引时间等数据作为其喷射头的固有值(头数据)而记录到搭载于喷射头的存储器中。当将写入了该头数据的喷射头11搭载到喷射系统I时，控制单元80的粘度估计单元81读取各喷射头11的头数据(头ID)，基于该头数据而制作(生成)用于估计液状体25的粘度X的近似函数f，来作为吸引量a、吸引时间t、或者吸引量a和吸引时间t的函数。因而，在该粘度估计单元81中，通过将由重量测量单元30测量出的液状体25的吸引量a、吸引时间t、或者吸引量a和吸引时间t代入近似函数f，即使是未知的液状体25也能够估计粘度X。
[0043]控制单元80的波形控制单元82通过适合于喷射由粘度估计单元81估计出的液状体25的粘度X的液状体25的电压或者电压模式来控制压电元件12。因此，即使在喷射头11吸引了状态不明的液状体25的情况下，也会粘度估计单元81估计液状体25的粘度，波形控制单元82根据估计出的粘度来自动地设定最佳的驱动电压、脉冲宽度、脉冲形状等(喷射条件)。因而，能够提供即使是未知的液状体25也能够以期望的喷射量来进行稳定的喷射的喷射系统I。也可以根据由粘度估计单元81估计出的液状体25的粘度X和液滴速度V的函数来设定适合于喷射粘度X的液状体25的电压或者电压模式。
[0044]在该喷射系统I中，当从第一容器21吸引液状体25之后使喷射头11上升而从第一容器21提起到大气中时，液状体25可能会附着在喷嘴开口 14周围。当将吸引液状体25之前的第一容器21的重量(第一容器21和液状体25的合计重量)设为W1、将吸引液状体25之后的第一容器21的重量设为W2、将未被吸引至空腔13而是附着在喷嘴开口 14周围的液状体25的重量(附着重量)设为b时，能够用以下(1-1)式求出实际被吸引至空腔13的液状体25的重量a。
[0045]a = Wl- (W2+b)....(1-1)
[0046]求出液状体25的附着重量b的方法的一例是，在重量测量单元30的电子天平31上设置吸取液状体25的吸收体(未图示)，测量将喷嘴开口 14按压于该吸收体而使吸收体吸取所附着的液状体25之后的重量。即，当将设置于电子天平31的吸收体吸取所附着的液状体25之后的重量设为W2’时，成为W2’ = W2+b，因此能够用以下(2-1)式求出实际被吸引至空腔13的液状体25的重量a。
[0047]a = W1-W2，....(2-1)
[0048]求出液状体25的附着重量b的方法的另一例是，预先通过多次测试来实验性地求出该液状体25的附着重量b。即，当将通过多次试验求出的附着重量b的平均附着重量设为b’时，能够用以下(2-2)式求出实际被吸引至空腔13的液状体25的重量a。
[0049]a = Wl_(W2+b，)....(2-2)
[0050]求出液状体25的附着重量b的方法的另一例是，预先通过重量测量单元30来测量第一容器21的液状体25的重量，接着通过压力控制单元88以负压来吸引液状体25，通过重量测量单元30来测量吸引后的液状体25的重量，根据其差来求出吸引量W3。之后，通过压力控制单元88来施加正压而将液状体25全部排出到第二容器22，通过重量测量单元30来测量排出的液状体25的重量W4。由此，当求出W3-W4时，也能够设为附着在喷嘴开口14周围的液状体25的附着重量b。在上述说明中，即使代替排出到第二容器22而排出到原来的第一容器21，也同样能够求出附着重量b。
[0051]并且，该喷射系统I具有锁定单元60，在吸引时、即喷射头11被插入到第一容器21的期间，该锁定单元60限制重量测量单元30在左右方向101上的移动。
[0052]在图4中，通过从前方102a观察喷射系统I的图示出锁定单元60被锁定的情形。锁定单元60包括:锁定杆61，其与喷射头11的升降连动地升降；以及锁定板62，在喷射头11被插入到第一容器21时，该锁定板62限制锁定杆61在水平方向(左右方向)101上的移动来固定喷射头11的位置。锁定板62被设置于电子天平31的侧面，在喷射头11吸引时固定锁定杆61，使得重量测量单元30不向右方1lb移动。因此，能够防止放置于电子天平31的第一容器21在喷射头11吸引时在左右方向101上移动。因而，能够抑制由于喷射头11与第一容器21相干涉(碰撞)而造成喷嘴弯折等喷射头11损伤，并且，还能够抑制因第一容器21的倾倒(翻倒)等而引起液状体25泄漏。
[0053]此外，锁定单元60也可以包括:锁定杆61，其与喷射头11的升降连动地升降；以及锁定孔(未图不)，在喷射头11位于第一容器21的上方103a时，向该锁定孔插入锁定杆61来固定喷射头11的位置。由于能够在喷射头11位于第一容器21的上方103a时锁定，因此能够抑制在喷射头11不位于第一容器21的上方103a时喷射头11下降而与第一容器21等相干涉从而损伤喷射头11和/或第一容器21。
[0054]在图5中，通过从前方102a观察喷射系统I的图来示出锁定单元60的锁定被解除的情形。在图6中，通过从上方103a观察喷射系统I的图(省略了平台50的图)来示出锁定单元60的锁定被解除的情形。当喷射头11的吸引结束、头移动单元15使喷射头11上升以将喷射头11从第一容器21拔出时,锁定杆61与喷射头11的上升连动地上升。因此，当喷射头11被从第一容器21拔出时，锁定被解除，将重量测量单元30向右方1lb拉出。因而，能够通过输送单元35使用在左右方向101上延伸的导轨使被解除了锁定的重量测量单元30向右方1lb移动，经由门91从外壳(机架、壳体、机壳)90出去到外侧来进行装卸。因此，不将重量测量单元30拆卸到上方103a就能够更换液体瓶组20 (托盘32)。此夕卜，在本例中，当锁定杆61上升大约40mm左右时，锁定被解除。
[0055]在图7中，通过从右方1lb观察喷射系统I的图来示出喷射头11将液状体25喷射至第二容器22的情形。在该喷射系统I中，当从控制单元80输出向第二容器22喷射液状体25的喷射指示时，头移动单元15使喷射头11在前后方向102和上下方向103上移动而配置于期望的第二容器22的上方103a的位置。通过配置成在前后方向102上隔着第二容器22的照相机40和闪光灯41来拍摄从喷射头11喷射至第二容器22的液滴25a的图像。
[0056]控制单元80的再现性确认单元83通过比较由照相机40记录的图像，来确认液滴25a的飞行方式(喷射状态)的再现性。因而，通过比较喷射至第二容器22的液滴25a的图像，能够确认液滴25a的飞行方式(飞行方向)的再现性，因此能够以稳定的喷射状态进行液状体25的喷射。并且，还能够代替比较图像而通过改变闪光灯41的发光时刻来使用多个液滴25a的图像，由此测量液滴25a的液滴速度，对预先输入的液滴25a的速度确认再现性。在液滴25a的飞行方式、飞行速度不具有再现性、或者判断为飞行方式存在问题的情况下，液状体25可能不会到达期望的目标51。因而，在该喷射系统I中，通过以下处理来进行清洁:通过擦拭单元(未图示)去除附着在喷射头11的喷嘴开口 14周围的异物等，或者使喷射头11移动到处理机(未图示)来丢弃液滴25a。在这样也不能解决问题的情况下，进行如下清洁:通过压力控制单元88对喷射头11施加正压，将处于空腔13内部、流路中的气泡与液状体25 —起排出到外部。
[0057]控制单元80的第一喷射量确认单元84通过重量测量单元30来测量喷射头11从第一容器21吸引时的重量变化以及喷射头11向第二容器22喷射时的重量变化，确认喷射至第二容器22的液状体25的喷射量。因此，能够在向目标51喷射液状体25之前确认能否喷射出期望喷射量的液状体25。即，在免疫层析分注的用途中，正确地管理渗入到作为目标51的薄膜的试剂25的量是重要的，能够通过对第二容器22进行与对目标51的真喷射相同的喷射条件下的喷射，来模拟在真喷射中消耗的试剂25的量。
[0058]在图8中，通过从右方1lb观察喷射系统I的图来示出喷射头11向目标51喷射液状体25的情形。在该喷射系统I中，当从控制单元80输出对目标51喷射液状体25的喷射指示时，头移动单元15使喷射头11在前后方向102和上下方向103上移动而配置于目标51的上方103a的位置，平台移动单元55使载置有目标51的平台50在左右方向101上移动，由此在目标51上线形地描绘(喷射)液状体25。
[0059]控制单元80的第二喷射量确认单元85通过重量测量单元30来测量喷射头11向目标51喷射之后向第二容器22喷射时的重量变化，确认喷射至目标51的液状体25的喷射量。因此，能够在将液状体25喷射至目标51之后确认是否喷射出期望喷射量的液状体25。
[0060]在该喷射系统I中，在判断为未喷射出期望喷射量的液状体25的情况下，通过标记单元(未图示)来进行不良标记(bad marking),该不良标记用于对目标51明确标示是以异常喷射的方式描绘出的线。因此，不需要继续视觉观察液状体25对目标51的喷射，能够在向目标51喷射之后确认是否正常进行了向目标51的喷射。因而，能够以无人的方式自动地进行向目标51喷射液状体25的喷射试验，通过在喷射之后确认喷射量，能够判断试验结果是否合格，从而能够管理目标51的质量。在判断为喷射试验的结果合格的情况下，也可以通过搬入搬出单元(未图示)来搬出制造出的目标51、即描绘有期望喷射量的液状体的目标51。并且,在该喷射系统I中，在利用第一喷射量确认单兀84和第二喷射量确认单元85来确认喷射量时，控制单元80将散热风扇(未图示)切换为关闭，因此能够抑制振动从而高精度地进行喷射量的测量。
[0061]或者，还能够在喷射头11的喷嘴开口 14的正下方(下方103b)或者附近，通过CCD照相机、搭载了透镜的分注摄像单元(未图示)来拍摄薄膜51等分注介质表面的分注状况、在刚刚分注之后且液状体25浸透至薄膜51之前形成的由液状体25构成的线，通过视觉观察或者图像处理来判断是否进行了期望的分注。优选该分注摄像单元(未图示)构成为与头单元10形成一体，并且配置为能够从斜上方拍摄该分注区域。在搭载有多个喷射头11的情况下，可构成为:准备与喷射头11的数量相同的分注摄像单元，或者使喷射头11能够移动从而能够配置于要拍摄的喷射头11的喷嘴开口 14的正下方。
[0062]在图9中，通过流程图来示出喷射系统I的控制单元80的处理概要。控制单元80在步骤111中确认读取到搭载于喷射系统I的喷射头11的头数据这一情况。控制单元80的粘度估计单元81基于读取到的头数据生成近似函数f，该近似函数f用于根据液状体25的吸引量a和吸引时间t来估计粘度X。
[0063]在步骤112中，控制单元80通过头移动单元15使喷射头11移动和下降而插入到第一容器21的液状体25中，通过压力控制单元88经由管89对喷射头11施加负压，液状体25从第一容器21被吸引(抽吸)到空腔13、管89中。或者，在喷射头11与压力控制单元88之间设置容器(未图示)，将液状体25抽吸到该容器内。在步骤113中，粘度估计单元81根据由重量测量单元30测量出的液状体25的吸引量a和其吸引时间t，来估计液状体25的粘度X。在步骤114中，波形控制单元82根据估计出的粘度X来设定施加于压电元件12的电压。在步骤115中，控制单元80通过头移动单元15使喷射头11上升和移动而配置于第二容器22的上方103a的位置，通过由波形控制单元82设定的驱动电压来驱动压电元件12从而向第二容器22喷射规定液滴数、例如1000滴吸引出的液状体25，并测量重量。由此，确定每一滴的喷射量。
[0064]在步骤116中，再现性确认单元83通过比较由照相机40记录的图像或从图像中得到的液滴速度，来确认液状体25 (液滴25a)的飞行方式(喷射状态)是否存在再现性。当判断为不存在再现性时，控制单元80在步骤117中通过擦拭单元等进行清洁，返回到步骤115。或者，也可以如虚线所示，通过压力控制单元88对喷射头11施加正压，在暂时将管89、空腔13内部的液状体25全部排出到外部之后返回到步骤112而重新进行。当判断为存在再现性时，第一喷射量确认单元84在步骤118中通过重量测量单元30来确认向第二容器22喷射规定液滴数的液状体25时的重量。当判断为向第二容器22喷射的喷射量并非预定值时，控制单元80在步骤119中基于改变喷射条件而进行的喷射结果来进行两点校正、内插及外插，在步骤120中重新设定压电元件12的驱动条件，返回到步骤118。
[0065]当判断为向第二容器22喷射的喷射量为预定值时，控制单元80在步骤121中通过头移动单元15使喷射头11移动而配置于目标51的上方103a的位置，并且通过平台移动单元55使载置有目标51的平台50移动，来在目标51上线形地描绘(喷射)液状体25。第二喷射量确认单元85在步骤122中通过重量测量单元30来确认是否对目标51喷射了期望喷射量的液状体25。即，在向目标51喷射之后，再次向第二容器22喷射规定数的液滴25a，确认与在步骤118中确认的预定的喷射量之间不存在差异。如果在向目标51喷射前后喷射量(每个液滴)无变化或者变化在规定误差(公差)以内，则在步骤124中判断为向目标51喷射的喷射量正常，如果需要，则在目标上附加表示正常结束的标记。另一方面，当在向目标51喷射前后喷射量发生变化时，控制单元80在步骤123中判断为向目标51喷射液状体25的喷射结果不合格，如果需要，则在目标上附加表示不合格的标记。
[0066]在该喷射系统I中，通过在向目标51喷射液状体25之前利用再现性确认单元83来进行飞行方式的再现性的确认(诊断)，并且利用第一喷射量确认单元84来进行喷射量的确认(诊断)，能够提高可向目标51稳定地喷射期望喷射量的液状体25的可能性。并且，在该喷射系统I中，通过在向目标51喷射液状体25之后检查再现性并保持其历史记录，来提高对目标51的喷射结果的可靠性。与此同时，利用历史记录、对目标51的标记来保证制造出规定质量的目标51。如果在步骤124中为合格，则在步骤126中确认是否存在下一个目标51。如果存在下一个目标51，则返回到步骤121，制造下一个目标51。如果不存在下一个目标51，则结束。如果在步骤123中为不合格，则在步骤125中确认是否存在下一个目标51。如果存在下一个目标51，则返回到步骤112，从粘度的设定起再次进行调整。反复进行该处理直到目标结束为止。在本例中，下一个目标被未图示的机器人等连续不断地搬送(供给)到平台50上。
[0067]在图10中示出在图9的步骤113中测量液状体25的吸引时间t的其它例。该喷射系统Ia的结构与喷射系统I相同，还具备:液面检测单元(传感器)110，其在喷射头11吸引液状体25时检测到达规定位置(第一位置)Pl的液状体25的液面25b ;以及吸引时间测量单元(计时器)120，其检测开始吸引液状体25直到通过液面检测单元110检测到液面25b为止的吸引时间t。此外，由于其它结构与上述实施方式相同，因此省略说明。
[0068]各喷射头11具备:喷嘴开口 14，其形成于管状部件19的前端部Ila ;以及圆筒状(管状)且透光性(透明、半透明)的侧壁部11c，其与管状部件19的后端部Ilb的与管89连接的连接部16连通。各管89也具备圆筒状且透光性的侧壁部89c。该液面检测单元(光遮断器)110具备发光部(投光部)111和受光部112，该发光部(投光部)111和受光部112被配置成在比喷射头11的空腔13更靠上游侧的第一位置Pl处以将喷射头11的侧壁部Ilc夹在中间的方式对置。因此，能够利用因侧壁部Ilc内部是否存在液状体25而引起的折射率差异以及随之产生的光的折射方向的差异来检测液状体25的液面25b。在本例中，利用如下情况来在第一位置Pl处检测液面25b:在侧壁部Ilc内部存在液状体25的情况下，光从发光部111向受光部112透过，在侧壁部Ilc内部不存在液状体25的情况下，来自发光部111的光扩散。状态估计单元81包括根据液面25b的移动或者到达规定位置Pl来估计液状体25的状态的单元81a。
[0069]在该喷射系统Ia中，以在从喷嘴开口 14吸引的液状体25的液面25b到达第一位置Pl时在侧壁部IlC内部填充有规定吸引量a的液状体25的方式设定第一位置Pl。因此，通过利用吸引时间测量单元120测量开始吸引液状体25直到液面检测单元110检测到液面25b为止的吸引时间t，能够测量直到各喷射头11吸引规定吸引量a的液状体25为止的吸引时间t。因而，在步骤113中，通过将由吸引时间测量单元120测量出的液状体25的吸引时间t代入到近似函数f，能够估计出液状体25的粘度X。因此，能够提供以下喷射系统Ia:能够设定适合于喷射估计出的粘度X的液状体25的电压或者电压模式，即使是未知的液状体25也能够以期望喷射量来进行稳定的喷射。此外，设置液面检测单元110的位置可以是将喷射头11的侧壁部Ilc夹在中间的第一位置P1，也可以是将管89的侧壁部89c夹在中间的第二位置P2。另外，通过将第一位置Pl和第二位置P2设定于与喷射头11能够吸引的容积(吸引量)对应的液面位置的下游(近前)，还能够抑制超出吸引限度地吸入液状体25。另外，液面检测单元110也可以是在第一位置Pl或者第二位置P2处拍摄液面25b的图像摄像单元(CCD照相机)等，也可以根据由CCD照相机拍摄到的图像来检测液面25b的到达(通过)。
[0070]在图11中，通过流程图来示出喷射系统I和Ia的控制单元80的不同处理的概要。控制单元80在步骤213中，也可以使状态估计单元81估计被吸引至空腔13的液状体25的状态、例如粘度、表面张力、液状体25中含有的粒状体的个数、形态、直径(大小)、形状、图案、颜色、液体的比重等。另外，还能够将这些与液状体25的状态有关的信息预先作为喷射头11的固有值(头数据)而记录到搭载于喷射头11的存储器，在设定喷射头11的驱动条件时使用。并且，控制单元80在步骤214中，也可以使估计驱动条件设定单元82根据估计出的液状体25的状态来设定驱动压电元件12的条件，例如能够如下处理的驱动条件:使空腔13的内压变化成不从空腔13喷射液状体25的程度来搅拌液状体25 ;对压电元件12提供推动喷射(push eject1n)方式或者拉动喷射(pull eject1n)方式的驱动脉冲；能够使提供驱动脉冲的时机、脉冲宽度、脉冲高度等变化。此外，其它步骤与上述实施方式相同，因此省略说明。
[0071]此外，作为喷射液状体25的目标51，例如还包括微孔板(well microplate，凹处微孔板)、玻璃基板、膜(membrane)、纤维素膜、薄膜(film)、娃基板、试管、培养皿等公知的试验和检查器具、将多个DNA片段高密度地配置在塑料或玻璃等基板上而形成的DNA微型阵列(DNA芯片)等分析器具。
[0072]在上述实施方式中，说明了使用压电元件作为致动器12的例子，但是使空腔13内压发生变化的致动器也可以是通过热量而使空腔内产生气泡的加热器。由于能够通过机械力来改变空腔内的压力的压电元件不容易对液状体施加热的影响，因此优选用作致动器。喷射头并不限定于在空腔的外表面安装了平板状的压电元件的头，也可以是将玻璃管与圆筒状的压电体组合而成的古尔德型的头。
[0073]此外，本发明并不限定于这些实施方式，还包括权利要求书所规定的方式。另外，权利要求书所规定的发明也可以每个权利要求都相互独立。
【权利要求】
1.一种喷射系统，具有: 喷射头，其通过致动器使空腔的内压变化，从与上述空腔相连通的喷嘴开口向目标喷射液状体； 状态估计单元，其通过将上述液状体从收容有上述液状体的第一容器经由上述喷嘴开口吸引至上述空腔，来估计上述液状体的状态；以及 驱动条件设定单元，其根据估计出的上述液状体的状态来设定驱动上述致动器的条件。
2.根据权利要求1所述的喷射系统，其特征在于， 上述状态估计单元包括粘度估计单元，该粘度估计单元根据上述液状体的规定压力下的吸引量和吸引时间来估计上述液状体的粘度， 上述驱动条件设定单元包括波形控制单元，该波形控制单元根据估计出的上述液状体的粘度来控制施加于上述致动器的电压。
3.根据权利要求1或者2所述的喷射系统，其特征在于， 还具有液面检测单元，该液面检测单元检测上述喷射头吸引上述液状体时的上述液状体的液面， 上述状态估计单元包括根据上述液面的移动或者到达规定位置来估计上述液状体的状态的单元。
4.根据权利要求3所述的喷射系统，其特征在于， 上述液面检测单元包括传感器，该传感器检测到达上述规定位置的上述液面。
5.根据权利要求1?4中的任一项所述的喷射系统,其特征在于， 上述状态估计单元包括根据上述第一容器的重量变化来估计上述液状体的状态的单J Li ο
6.根据权利要求1?5中的任一项所述的喷射系统，其特征在于，还具有: 重量测量单元，其测量包含上述第一容器的容器组以及在上述容器组中收纳的上述液状体的重量；以及 第一喷射量确认单元，其利用上述重量测量单元来测量上述喷射头从上述容器组中的任一容器吸引时的上述重量的变化以及上述喷射头向上述容器组中的任一容器喷射时的上述重量的变化，确认上述喷射头的喷射量。
7.根据权利要求6所述的喷射系统，其特征在于， 还具有第二喷射量确认单元，该第二喷射量确认单元利用上述重量测量单元来测量上述喷射头向上述目标喷射之后向上述容器组中的任一容器喷射时的上述重量的变化，确认喷射至上述目标的上述液状体的喷射量。
8.根据权利要求1?5中的任一项所述的喷射系统，其特征在于，还具有: 重量测量单元，其测量包含上述第一容器的容器组以及在上述容器组中收纳的上述液状体的重量；以及 第二喷射量确认单元，其利用上述重量测量单元来测量上述喷射头从上述容器组中的任一容器吸引时的上述重量的变化以及上述喷射头向上述目标喷射之后向上述容器组中的任一容器喷射时的上述重量的变化，确认喷射至上述目标的上述液状体的喷射量。
9.根据权利要求6?8中的任一项所述的喷射系统，其特征在于，还具有: 图像摄像单元，其拍摄从上述喷嘴开口向上述容器组中的任一容器喷射的液滴的图像；以及 再现性确认单元，其通过比较由上述图像摄像单元记录的图像来确认上述液滴的喷射状态的再现性。
10.根据权利要求9所述的喷射系统，其特征在于， 还具有平台移动单元，该平台移动单元使载置上述目标的平台相对于上述喷射头相对地移动，使得上述目标位于上述喷射头的下方， 通过上述平台移动单元，上述图像摄像单元与上述平台的移动连动地移动到拍摄上述液滴的位置。
11.根据权利要求6?10中的任一项所述的喷射系统,其特征在于， 上述容器组被搭载于上述重量测量单元， 该喷射系统还具有输送单元，该输送单元使上述重量测量单元相对于上述喷射头相对地移动。
12.根据权利要求11所述的喷射系统，其特征在于， 还具有锁定单元，该锁定单元限制上述重量测量单元相对于上述喷射头的移动。
13.根据权利要求12所述的喷射系统，其特征在于， 上述锁定单元包括: 锁定杆，其与上述喷射头的升降连动地升降；以及 锁定板，其在上述喷射头被插入到上述第一容器时，限制上述锁定杆在水平方向上的移动来固定上述喷射头的位置。
14.根据权利要求1?13中的任一项所述的喷射系统，其特征在于， 具有多个上述喷射头， 上述状态估计单元包括通过利用多个上述喷射头的各喷射头吸引多个容器的各容器的液状体来估计各容器的上述液状体的状态的单元， 上述驱动条件设定单元包括根据估计出的上述各容器的液状体的状态来设定驱动各个上述致动器的条件的单元。
15.—种利用喷射系统向目标喷射液状体的方法，其中， 上述喷射系统具有:喷射头，其通过致动器使空腔的内压变化，从与上述空腔相连通的喷嘴开口向上述目标喷射上述液状体；以及控制单元，其控制上述致动器， 该方法包括以下步骤: 估计状态步骤，上述控制单元通过将上述液状体从收容有上述液状体的第一容器经由上述喷嘴开口吸引至上述空腔，来估计上述液状体的状态；以及 设定驱动条件步骤，根据估计出的上述液状体的状态来设定驱动上述致动器的条件。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于， 上述估计状态步骤包括根据上述液状体的规定压力下的吸引量和吸引时间来估计上述液状体的粘度， 上述设定驱动条件步骤包括根据估计出的上述液状体的粘度来控制施加于上述致动器的电压。
【文档编号】C12M1/00GK104246514SQ201380021866
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2012年4月24日
【发明者】山口修一, 竹内永, 仓科朝哉 申请人:小滴喷射有限公司