DE202011111056U1

DE202011111056U1 - Ausstoßvorrichtung für flüssiges Material mit partikelförmigen Körpern

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Publication number: DE202011111056U1
Application number: DE202011111056.0U
Authority: DE
Original assignee: Microjet Corp
Current assignee: Cytena GmbH
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2019-01-02
Anticipated expiration: 2021-02-10
Also published as: EP2546656A1; US10012665B2; EP3508860A1; CN102782503B; TR201909538T4; US20130037623A1; EP2546656B8; ES2733548T3; DK2546656T3; JP5716213B2; JPWO2011099287A1; JP5954848B2; EP2546656A4; JP2011185924A; JP2015158489A; KR101836375B1; CN102782503A; DE202011111070U1; WO2011099287A1; EP2546656B1

Abstract

Ausstoßvorrichtung (1) mit einem Ausstoßkopf (10), der ein flüssiges Material (50) aus einer mit einem Hohlraum (14) verbundenen Düsenöffnung (11) ausstößt, indem er einen Innendruck des Hohlraums unter Verwendung eines Aktuators (6) ändert,wobei der Ausstoßkopf einen Überwachungsabschnitt (12) aufweist, der lichtdurchlässig ist und zwischen dem Hohlraum und der Düsenöffnung vorgesehen ist,und die Ausstoßvorrichtung ferner umfasst:eine Detektionsvorrichtung (7), die eine Bildaufnahmeeinheit (102) aufweist, die eine Bilderkennung an partikelförmigen Körpern (51) durchführt, welche in dem flüssigen Material enthalten sind, unter Verwendung von Licht, um ein Ergebnis (7a) zu erfassen, das in einer Anzahl und/oder Form von partikelförmigen Körpern besteht, die in dem flüssigen Material in dem Überwachungsabschnitt des Ausstoßkopfes enthalten sind; undeine Steuervorrichtung (74), die einen Zustand der in dem flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper in dem Überwachungsabschnitt ändert, indem sie den Aktuator gemäß dem erfassten Ergebnis der Detektionsvorrichtung ansteuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausstoßen von flüssigem Material mit partikelförmigen Körpern.
Stand der Technik
Die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2005-238787 (nachfolgend „Dokument 1“ genannt) offenbart ein Tintenausstoß-Messverfahren zur Messung der Ausstoßmenge eines aus einer Düse eines Tintenstrahlkopfes ausgestoßenen Tintentröpfchens. Dieses Verfahren ermittelt die Tintenausstoßmenge, indem es einen Schritt des Ausstoßens eines Tintentröpfchens aus einer Düse auf eine Tintentropfenform-Auswertevorrichtung, einen Schritt des Messens des Durchmessers des auf die Tintentropfenform-Auswertevorrichtung ausgestoßenen Tintentröpfchens und einen Schritt des Berechnens der Tintenausstoßmenge aus dem Durchmesser des vermessenen Tintentröpfchens auf der Grundlage einer im Voraus gefundenen Korrelation zwischen dem Durchmesser eines Tintentröpfchens und der Tintenausstoßmenge durchführt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es wird der Einsatz der für Druckgeräte entwickelten Tintenstrahltechnologie zum Ausstoß von Tinte und anderen Stoffen auf Druckpapier oder andere Materialien untersucht. Als Ausstoßmaterial werden nicht nur einfache flüssige Stoffe (dazu gehören Flüssigkeiten und Stoffe, die, wie Lösungen, eine Fließfähigkeit aufweisen), sondern auch flüssige Stoffe (Gemische) einschließlich partikelförmiger Körper (Teilchen, feine Teilchen, teilchenförmiges Material, granuliertes Substrat), zu denen beispielsweise lebende Stoffe (Organismen) wie Zellen und Gene und Feststoffe, wie Metalle, Oxide oder dergleichen, gehören, untersucht. Bei Anwendungen, bei denen partikelförmige Körper, wie z.B. Zellen, ausgestoßen werden, ist es notwendig, aus der Düse eines Tintenstrahlkopfes in Richtung eines Targets, wie z.B. einer Mikroplatte, nach exakt vorgegebenen Bedingungen auszustoßen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Ausstoßvorrichtung mit einem Ausstoßkopf, der ein flüssiges Material aus einer mit dem Hohlraum verbundenen (flüssig verbundenen) Düsenöffnung durch Variation des Hohlrauminnendrucks mittels eines Aktuators ausstößt. Der Ausstoßkopf enthält einen Überwachungsabschnitt (Detektionsabschnitt), der zwischen dem Hohlraum und der Düsenöffnung angeordnet ist. Die Ausstoßvorrichtung umfasst ferner eine Detektionsvorrichtung, die die Anzahl und/oder Form von partikelförmigen Körpern, die in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt des Ausstoßkopfes enthalten sind, detektiert, und eine Steuervorrichtung, die den Aktuator entsprechend dem Detektionsergebnis der Detektionseinheit so steuert, dass ein Zustand der in dem flüssigen Material des Überwachungsabschnitts enthaltenen partikelförmigen Körper, geändert wird.
Mit dieser Ausstoßvorrichtung ist es möglich, über den Überwachungsabschnitt (Detektionsabschnitt) ein Detektionsergebnis zu erhalten, das die Anzahl und/oder Form der partikelförmigen Körper (z.B. Zellen) enthält, die in dem flüssigen Material, welches als nächstes ausgestoßen werden soll, enthalten sind. Das bedeutet, dass mit dieser Ausstoßvorrichtung der Zustand des flüssigen Materials, insbesondere der Zustand/die Beschaffenheit der in der Flüssigkeit enthaltenen partikelförmigen Körper, unmittelbar vor dem Ausstoßen beurteilt werden kann.
Darüber hinaus ist diese Ausstoßvorrichtung in der Lage, den Innendruck des Hohlraums durch Ansteuern eines Aktuators zu variieren und somit den Zustand der partikelförmigen Körper im flüssigen Material im Überwachungsabschnitt, der mit dem Hohlraum strömungstechnisch verbunden ist, zu ändern. Dementsprechend ist die Steuervorrichtung in der Lage, den Zustand der in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt enthaltenen partikelförmigen Körper beliebig oft zu ändern, bis das Detektionsergebnis in einem Bereich einer für den Ausstoß vorgegebenen Bedingung liegt. Aus diesem Grund ist die Ausstoßvorrichtung in der Lage, die Anzahl und/oder Form der in dem flüssigen Material enthaltenen auf ein Ziel ausgestoßenen partikelförmigen Körper präzise zu steuern.
Ein typisches Verfahren (Methode) den Zustand der partikelförmigen Körper, die in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt enthalten sind, zu ändern, ist es, das flüssige Material auszustoßen. Dementsprechend sollte die Steuervorrichtung vorzugsweise eine Funktion (Funktionseinheit zur Auswahl des Ausstoßziels) enthalten, die das Ausstoßziel des flüssigen Materials entsprechend dem Detektionsergebnis ändert. Wenn die Ausstoßvorrichtung mit unterschiedlichen Ausstoßbedingungen auf eine Vielzahl von Zielen durch Ausstoßen des flüssigen Materials auf ein Ziel, für das das Detektionsergebnis (detektierter Zustand der im flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper) übereinstimmt, ausstößt, ist es möglich, den Zustand der im flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper im Überwachungsabschnitt zu ändern. Auch durch Ändern des Ausstoßziels des flüssigen Materials und Entsorgen des flüssigen Materials an einer anderen Stelle als dem/den Ziel(en), ist es außerdem möglich, den Zustand der partikelförmigen Körper, die in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt enthalten sind, zu ändern.
Es ist auch möglich, den Zustand der partikelförmigen Körper, die in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt enthalten sind, dadurch zu ändern, dass man einen Aktuator antreibt, um das flüssige Material im Überwachungsabschnitt zu bewegen, ohne das flüssige Material aus der Düsenöffnung austreten zu lassen. Günstig ist es, wenn die Steuervorrichtung eine Funktion (Mischfunktions-Einheit) beinhaltet, die das flüssige Material im Überwachungsabschnitt entsprechend dem Detektionsergebnis bewegt, ohne das flüssige Material aus der Düsenöffnung austreten zu lassen. Auf diese Weise kann der Verbrauch des flüssigen Materials und der partikelförmigen Körper unterdrückt werden.
In dieser Ausstoßvorrichtung sollte der Überwachungsabschnitt des Ausstoßkopfes vorzugsweise einen abgeflachten Abschnitt aufweisen, bei dem sich ein Querschnitt eines Strömungsweges vom Hohlraum zur Düsenöffnung des Ausstoßkopfes wie eine Fläche in eine erste Richtung erstreckt, wobei der abgeflachte Abschnitt die partikelförmigen Körper in die erste Richtung dispergiert. Die Düsenöffnung des Ausstoßkopfes kann durch Abflachung so geformt sein oder geformt werden, dass sich diese in die erste Richtung ausdehnt.
Da der Überwachungsabschnitt im Inneren einen abgeflachten Bereich enthält, werden die im flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper in der ersten Richtung dispergiert, und es wird einfacher, Anzahl und Aussehen (wie Größe (Durchmesser), Form und Farbe) der partikelförmigen Körper zu bestimmen und dadurch das Detektionsergebnis besser zu machen. Aus diesem Grund ist es in der Ausstoßvorrichtung selbst dann, wenn es sich bei den im flüssigen Material enthaltenen partikelartigen Körpern um partikelförmige Körper mit einem vergleichsweise kleinen Partikeldurchmesser handelt, einfach, die Form (Typ) der im flüssigen Material enthaltenen partikelartigen Körper vor dem Ausstoßen genau zu beurteilen. Dementsprechend ist die Ausstoßvorrichtung in der Lage, partikelförmige Körper unter vorgegebenen Bedingungen mit viel höherer Präzision und Zuverlässigkeit in Richtung Ziel auszustoßen.
Bei dieser Ausstoßvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn der Überwachungsabschnitt des Ausstoßkopfes lichtdurchlässig (transparent) ist und die Ausstoßvorrichtung eine Bildaufnahmeeinheit beinhaltet, die eine Bilderkennung an einer Vielzahl der partikelförmigen Körper unter Verwendung von Licht durchführt. Mit dieser Ausstoßvorrichtung ist es möglich, die im flüssigen Material enthaltenen partikelähnlichen Körper mit sichtbarem Licht zu beobachten. Die Bildaufnahmeeinheit ist typischerweise eine Kamera, die mit einem Bildaufnahmeelement, wie beispielsweise einem CCD oder einem CMOS und einer optischen Linse, ausgestattet ist, und durch die Bildverarbeitung eines durch die Bildaufnahmeeinheit erhaltenen Bildes mittels einem Prozessor ist es problemlos, selbst winzige Partikel, wie beispielsweise Zellen, zu unterscheiden. Insbesondere durch die Verwendung eines Bildaufnahmegeräts mit Parallelverarbeitungsfunktion als Bildaufnahmeeinheit ist es möglich, im Überwachungsabschnitt winzige Partikel mit hoher Geschwindigkeit zu detektieren. Da es möglich ist, ein fluoreszierend gefärbtes Material in lebendes Material, wie Zellen, einzubinden, ist es in diesem Fall auch möglich, das Material mit nicht-sichtbarem Licht zu beleuchten, die Fluoreszenz, wie beispielsweise „Schwarzlicht“, zu erfassen und das Material mit Hilfe einer Kamera, die dazu in der Lage ist, zu beobachten.
In dieser Ausstoßvorrichtung sollte der Überwachungsabschnitt vorzugsweise einen ersten Bereich aufweisen, der mit der Düsenöffnung verbunden ist oder unmittelbar neben ihr liegt, sowie einen zweiten Bereich, der auf den ersten Bereich folgt, und die Detektionsvorrichtung sollte vorzugsweise die Anzahl und/oder Form im ersten Bereich und die Anzahl und/oder Form im zweiten Bereich des Überwachungsabschnitts erfassen. Die Steuervorrichtung sollte vorzugsweise dann betreibbar sein, wenn das Detektionsergebnis des ersten Bereichs außerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Zustands liegt oder wenn das Detektionsergebnis des zweiten Bereichs außerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Zustands liegt, um den Zustand der in dem flüssigen Material enthaltenen partikelartigen Körper im Überwachungsabschnitt zu ändern. Die Ausstoßvorrichtung stößt das flüssige Material nur dann auf ein Ziel aus, wenn sich das Detektionsergebnis des ersten Bereichs und das Detektionsergebnis des zweiten Bereichs in den Bereichen vorgegebener Rahmenbedingungen befinden. Damit ist es möglich, die Präzision der Anzahl und/oder Form der in das Ziel injizierten partikelförmigen Körper weiter zu verbessern.
In der Ausstoßvorrichtung sollte der Aktuator vorzugsweise ein Piezoelement sein, und die Steuervorrichtung sollte vorzugsweise eine Funktionalität oder eine Funktionseinheit aufweisen, die dem Piezoelement Antriebsimpulse eines Schiebetyps (Push-Type, Schiebeverfahren) zuführt, wenn das flüssige Material ausgestoßen werden soll.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ausstoßkopf, der ein flüssiges Material aus einer mit dem Hohlraum verbundenen Düsenöffnung ausstößt, indem er den Innendruck eines Hohlraums unter Verwendung eines Aktuators variiert. Der Ausstoßkopf enthält einen Überwachungsabschnitt, der zwischen dem Hohlraum und der Düsenöffnung vorgesehen ist. Der Überwachungsabschnitt dispergiert eine Vielzahl von partikelartigen Körpern, die in dem flüssigen Material, welches aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden soll, enthalten sind. Der Überwachungsabschnitt des Ausstoßkopfes sollte vorzugsweise einen abgeflachten Abschnitt beinhalten, wobei sich ein Querschnitt eines Strömungsweges vom Hohlraum des Ausstoßkopfes zur Düsenöffnung in eine erste Richtung erstreckt, wobei der abgeflachte Abschnitt die Vielzahl von partikelförmigen Körpern in die erste Richtung dispergiert. Die Düsenöffnung des Ausstoßkopfes ist vorzugsweise so zu formen (zu gießen), dass sie abgeflacht ist, um sich in die erste Richtung ausdehnen zu können.
In diesem Ausstoßkopf sollte der Überwachungsabschnitt vorzugsweise lichtdurchlässig sein. Der Überwachungsabschnitt des Kopfes weist typischerweise eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand auf, die flach und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Da der Querschnitt des Strömungsweges im Überwachungsabschnitt rechteckig oder ähnlich geformt ist, ist es für die Vielzahl von partikelförmigen Körpern schwierig, in dem verengten Bereich, zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand, übereinander (überlappend) zu liegen zu kommen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die einzelnen Partikel auch einzeln erfasst werden können.
Der Ausstoßkopf sollte vorzugsweise ein röhrenförmiges Element aufweisen, das das flüssige Material enthält und von dem ein Teil so geformt oder gegossen ist, dass es den Hohlraum bildet, dessen Innendruck durch einen an einer Außenseite angebrachten Aktuator variiert wird, wobei die Düsenöffnung an einem Ende des röhrenförmigen Elements vorgesehen ist und der Überwachungsabschnitt vorzugsweise zwischen dem Hohlraum des röhrenförmigen Elements und der Düsenöffnung vorgesehen sein sollte. Da es möglich ist, die Teile von dem Hohlraum bis zur Düsenöffnung über den Überwachungsabschnitt aus einem Rohr, beispielsweise einem Glasröhrchen, nahtlos zu formen, ist es möglich, einen Ausstoßkopf vorzusehen, der weniger Stockung und Verstopfungen durch Blasen und dergleichen zeigt und sich zum Ausstoßen einer Vielzahl von partikelförmigen Körpern und flüssigen Materialien eignet.
Der Überwachungsabschnitt kann durch Zusammendrücken eines Teils des röhrenförmigen Elementes von der Außenseite geformt werden. Ein typisches Beispiel für das röhrenförmige Element ist eines aus der Gruppe Glasröhrchen, Harzröhre und keramische Röhre, das durchsichtig ist.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausstoßen eines flüssigen Materials mit partikelförmigen Körpern auf ein Ziel unter Verwendung einer Ausstoßvorrichtung. Die Ausstoßvorrichtung beinhaltet einen Ausstoßkopf, der den Innendruck eines Hohlraums unter Verwendung eines Aktuators zum Ausstoßen des flüssigen Materials aus einer mit dem Hohlraum verbundenen Düsenöffnung variiert, eine Steuervorrichtung, die den Aktuator steuert, und eine Detektionsvorrichtung, die die in dem flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper in dem zwischen dem Hohlraum und der Düsenöffnung vorgesehenen Überwachungsabschnitt detektiert. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

1. Erfassen eines durch die Detektionsvorrichtung erhaltenen Detektionsergebnisses durch die Steuervorrichtung, welches die Anzahl und/oder Form der in dem flüssigen Material eingeschlossenen partikelförmigen Körper beinhaltet.
2. Ändern eines Zustandes der partikelähnlichen Körper, die im Überwachungsabschnitt in dem flüssigen Material enthalten sind, durch Ansteuern des Aktuators gemäß dem Detektionsergebnis.

Das Ändern eines Zustands (Schritt 2) beinhaltet das Mischen des flüssigen Materials im Überwachungsabschnitt, ohne dass das flüssige Material gemäß dem Detektionsergebnis aus der Düsenöffnung ausgestoßen wird. Das Ändern eines Zustands kann das Ändern eines Ausstoßzieles des flüssigen Materials gemäß dem Detektionsergebnis beinhalten. Die Änderung des Ausstoßziels kann dabei auch die Entsorgung des flüssigen Materials einschließen.
Das Erfassen des Detektionsergebnisses (Schritt 1) sollte vorzugsweise das Einstellen eines ersten Überwachungsbereichs, der mit der Düsenöffnung verbunden ist, und eines zweiten Bereichs, der an den ersten Bereich anschließt, im Überwachungsabschnitt beinhalten sowie das Erfassen des Detektionsergebnisses für den ersten Bereich und des Detektionsergebnisses für den zweiten Bereich. Außerdem sollte das Ändern eines Zustands (Schritt 2) vorzugsweise das Ändern des Zustands der partikelartigen Körper, die in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt enthalten sind, beinhalten, wenn das Detektionsergebnis des ersten Bereichs außerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Zustands liegt oder wenn das Detektionsergebnis des zweiten Bereichs außerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Zustands liegt.
Figurenliste

1 zeigt eine Skizze einer Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische vergrößerte Ansicht der Konstruktion eines Ausstoßkopfes.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt in Längsrichtung des Ausstoßkopfes zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen anderen Querschnitt in Längsrichtung des Ausstoßkopfes zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Vergrößerung des vorderen Endes des Ausstoßkopfes zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die einen vorderen Teil des Ausstoßkopfes zeigt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die einen abgeflachten Teil des Ausstoßkopfes zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht, die einen zylindrischen Teil des Ausstoßkopfes zeigt.
9 ist eine Querschnittsansicht, die einen anderen abgeflachten Teil der Ausstoßhöhe zeigt.
10 ist eine Querschnittsansicht, die einen verengten Teil des Ausstoßkopfes zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel für einen Ausstoßkopf zeigt.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel für einen Ausstoßkopf zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein Flussdiagramm des Ausstoßverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Diagramm, das ein Flussdiagramm eines anderen Ausstoßverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine Reihe von Querschnittsansichten, die eine Vergrößerung eines abgeflachten Teils eines Ausstoßkopfes zeigen, wobei (a) bis (c) als Diagramme schematisch Situationen darstellen, in denen flüssiges Material gemischt oder entsorgt wird und (d) im Diagramm schematisch einen Zustand darstellt, in dem das flüssige Material auf ein Ziel/Target ausgestoßen wird.
16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel für einen Ausstoßkopf zeigt.
17 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel für einen Ausstoßkopf zeigt.
18 ist eine Querschnittsansicht, die eine Vergrößerung eines abgeflachten Teils des Ausstoßkopfes gemäß 17 zeigt.

FIGURENBESCHREIBUNG
1 stellt den Umriss einer Ausstoßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Ausstoßvorrichtung 1 beinhaltet einen Ausstoßkopf (Düsenkopf oder einen nach einem Tintenstrahlverfahren begetrieben Düsenkopf) 10, der mit einem Glasröhrchen 20 ausgestattet ist, das ein röhrenförmiges Element, ein Behältnis oder ein Container 5 ist, das beispielsweise ein aus dem Ausstoßkopf 10 ausgestoßenes flüssiges Material 50 speichert, einen Träger, wie beispielsweise Wasser, einen ersten Aktuator 6 zum Ausstoßen eines Tröpfchens 71 aus dem Ausstoßkopf 10, eine Antriebseinheit (Vorrichtung) 2, die den ersten Aktuator 6 antreibt, eine Detektionseinheit (Vorrichtung) 7, die den Zustand des Tröpfchens 71 unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Ausstoßen aus dem Ausstoßkopf 10 erkennt, ein zweiter Aktuator 79, der den Ausstoßkopf 10 bewegt oder verfährt, ein Tisch 83, der eine Vielzahl von Zielen 81a, 81b und 81c unterstützt, auf denen der Ausstoßkopf 10 ein Tröpfchen oder mehrere Tröpfchen 71 ausstößt, einen dritten Aktuator 89, der den Tisch 83 bewegt oder verfährt, und eine Steuereinheit (Vorrichtung) 74, die die Aktuatoren 79 und 89 steuert.
Auf dem Tisch 83 ist ein Entsorger 82 zum Entsorgen eines Tröpfchens 71 aus dem Ausstoßkopf 10 vorgesehen. Durch Bewegen des Tisches 83 mit dem dritten Aktuator 89 oder des Ausstoßkopfes 10 mit dem zweiten Aktuator 79, ist es in der Ausstoßvorrichtung 1 möglich, das Tröpfchen 71 aus dem Ausstoßkopf 10 auf eines der Ziele 81a bis 81c aufzuspritzen oder vom Entsorger 82 entsorgen zu lassen. Die Ziele 81a bis 81c müssen nur das Tröpfchen 71 aufnehmen und können beispielsweise Petrischalen, Analyseplatten, Reagenzgläser oder dergleichen sein.
Der Ausstoßkopf 10 beinhaltet das Glasröhrchen (röhrenförmiges Element) 20, das sich im Wesentlichen entlang einer geraden Linie erstreckt. Auf dem Glasröhrchen 20 ist ein vorderes Endteil 21 in Form einer Düsenöffnung 11, welche abgeflacht ist (d.h. eine abgeflachte Form aufweist), ein Teil (erster abgeflachter Abschnitt) 22, der mit dem vorderen Endteil 21 zusammengefügt (verbunden, strömungstechnisch verbunden) ist und sich vom vorderen Endteil 21 nach hinten erstreckt, ein abgeflachter Überwachungsabschnitt (Detektionsabschnitt) 12, der die Düsenöffnung 11 enthält und ein Teil (zweiter abgeflachter Abschnitt) 24, der mit dem ersten abgeflachten Abschnitt 22 zusammengefügt (verbunden, strömungstechnisch verbunden) ist und sich von dem ersten abgeflachten (flachen) Abschnitt 22 nach hinten erstreckt sowie ein abgeflachter Hohlraum (Druckkammer) 14. Außerdem ist das Ende (hinteres Ende) 29 des Glasröhrchens 20 über ein Versorgungsrohr 4 mit dem Behälter 5 verbunden.
Das gesamte röhrenförmige Element 20, das die abgeflachten Teile 21, 22 und 24 enthält, ist lichtdurchlässig (transparent, transluzent) und wird aus einem einzigen Glasröhrchen nach einem geeigneten Verfahren (z.B. mit einer Form) gebildet (geformt oder gegossen). Dementsprechend wird im Inneren des Glasröhrchens 20 des Ausstoßkopfes 10 ein nahtloser Strömungspfad vom Hohlraum 14 über den Überwachungsabschnitt 12 bis zur Düsenöffnung 11 gebildet.
Der Ausstoßkopf 10 beinhaltet ein plattenförmiges piezoelektrisches Element (Piezoelement, Aktuator) 6, das an einer Oberfläche (Außenfläche) an einer Außenseite einer ebenen Wand 24a des Hohlraums 14 des Glasröhrchens 20 befestigt ist. Die Steuereinheit 74 weist eine Antriebseinheit 2 auf, die das piezoelektrische Element 6 ansteuert, um den Innendruck des Hohlraums 14 zu ändern und ein flüssiges Material 50 aus der mit dem Hohlraum 14 verbundenen Düsenöffnung 11 als Tröpfchen 71 auszustoßen. Die Steuereinheit 74 ist auch in der Lage, das piezoelektrische Element 6 anzusteuern, um einen gewissen Druck zu erzeugen, der das flüssige Material 50 im Inneren des Glasröhrchens 20 einschließlich im Überwachungsabschnitt 12 bewegt, was aber nicht dazu führt, dass das flüssige Material 50 aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen wird.
Zwischen dem Hohlraum 14 und der Düsenöffnung 11 weist das Glasröhrchen 20 des Ausstoßkopfes 10 den abgeflachten Überwachungsabschnitt (Detektionsabschnitt, Beobachtungskammer, Detektionskammer) 12 auf, wobei sich der Querschnitt des Strömungsweges in eine Richtung (erste Richtung) 9x erstreckt, die senkrecht zu einer Mittelachse 9z des Glasröhrchens 20 steht. In dem abgeflachten Überwachungsabschnitt 12, der einen derartigen abgeflachten Innenquerschnitt aufweist, werden eine Vielzahl von partikelartigen Körpern (Partikel) 51, die in dem aus der Düsenöffnung 11 auszustoßenden flüssigen Material 50 enthalten sind, in der ersten Richtung 9x dispergiert. Der Überwachungsabschnitt 12 weist einen abgeflachten Querschnitt auf sowie Seitenwände 22a und 22c die im Wesentlichen flach sind, was die Beobachtung des Inneren des Überwachungsabschnitts 12 mit der Bildaufnahme von Bildern des Inneren des Überwachungsabschnitts 12 erleichtert, da Lichtbrechung und innere Totalreflexion des Lichts unterdrückt werden. Auch der abgeflachte Überwachungsabschnitt 12 weist keinen oder nur einen kleinen Teil auf, bei dem das Innere des Überwachungsabschnitts 12 nicht zu sehen ist. Dadurch können die im flüssigen Material 50 enthaltenen partikelförmigen Körper 51 über die transparenten und ebenen Seitenwände 22a und 23c des Überwachungsabschnitts 12 genau beobachtet werden.
Der Überwachungsabschnitt 12 enthält das flüssige Material 50, das als nächstes (unmittelbar vor dem Ausstoß) aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen werden soll, und wenn eine Vielzahl der partikelförmigen Körper 51 unmittelbar vor dem Ausstoß in das flüssige Material 50 aufgenommen wird, ist es möglich, diese Körper in Richtung 9x, also senkrecht zur Strömung, zu dispergieren und die Vielzahl der partikelförmigen Körper 51 mit hoher Wahrscheinlichkeit unabhängig voneinander zu erfassen (zu überwachen). Wenn also mit dieser Ausstoßvorrichtung 1 im Überwachungsabschnitt 12 partikelförmige Körper 51 unmittelbar vor dem Ausstoßen in das flüssige Material 50 aufgenommen werden, können nicht nur Informationen über die Anzahl derartiger Körper 51, sondern auch über die Eigenschaften (Form oder Zustand) der partikelförmigen Körper 51, wie Durchmesser (Größe), Form, Struktur und Farbe, gewonnen werden. Das bedeutet, dass die Detektionseinheit 7 in der Lage ist, den Typ (die Art) der partikelartigen Körper 51 zu spezifizieren, die in dem flüssigen Material 50 im Überwachungsabschnitt 12 enthalten sind. Dementsprechend kann die Detektionseinheit 7 ein Detektionsergebnis 7a mit der Anzahl und/oder Form der partikelähnlichen Körper 51 ausgeben, die in dem flüssigen Material 50 des Überwachungsabschnitts 12 enthalten sind.
Indem das Piezoelement 6, basierend auf dem Detektionsergebnis (Messergebnis) 7a des Überwachungsabschnitts 12, angesteuert wird, um Vibrationen zu erzeugen, die das flüssige Material 50 in einen Zustand versetzen, in dem das flüssige Material 50 nicht ausgestoßen wird oder in einen, der das flüssige Material 50 auf eines der Ziele 81a bis 81c oder den Entsorger 82 ausstößt, kann der innere Zustand des Überwachungsabschnitts 12 in den Zustand überführt werden, in dem die Körper 51 entsprechend verteilt sind. Dadurch kann flüssiges Material 50, das nur eine indizierte oder vorbestimmte Anzahl und/oder Form (d.h. partikelartige Körper des aus der Form abgeleiteten vorbestimmten Typs) des Körpers 51 oder der Körper 51 beinhaltet, auf eines der vorbestimmten Ziele 81a bis 81c ausgestoßen werden.
In der Ausstoßvorrichtung 1 wird eine Anweisung (oder ein „Signal“) in der Steuereinheit 74 von der Antriebseinheit (oder einer „Antriebsvorrichtung“ oder einem „Treiber“) 2 empfangen, und der Treiber 2 steuert den Aktuator 6 mit Hilfe von Ansteuerpulsen an. Die Steuereinheit 74 kann eine Vorrichtung sein, die mit Hardware-Ressourcen eines Universalcomputers, wie beispielsweise einer CPU und eines Speichers, ausgestattet ist, oder eine Steuereinheit, die mit Hardware, einschließlich eines LSI, eines ASICs oder dergleichen, ausgestattet ist, die der Ausstoßvorrichtung 1 zugeordnet ist. Es ist wünschenswert, dass die Steuereinheit 74 eine Funktion zur Kommunikation mit einer Host-Vorrichtung, wie beispielsweise einem Personal-Computer, aufweist. Die Steuereinheit 74 kann auch in einem Personalcomputer installiert werden, der als Host-Vorrichtung dient, oder mittels geeigneter Software (oder geeignetem „Programm“ oder „Programmprodukt“) als Steuereinheit 74 funktioniert.
Wenn sich das Piezoelement 6, also der Aktuator, durch die Ansteuerpulse ausdehnt oder zusammenzieht und/oder verformt, wird die im Glasröhrchen 20 vorgesehene flache Wand 24a des Hohlraums 14 gewölbt, was zu Schwankungen im Innenvolumen des Hohlraums 14 führt. Aus diesem Grund ändert sich der Innendruck des Hohlraums 14 und das von dem Behälter 5 zugeführte flüssige Material 50 wird über den Hohlraum 14 dem Überwachungsabschnitt 12 zugeführt. Durch die Innendruckänderungen im Hohlraum 14 wird auch das im Überwachungsabschnitt 12 gehaltene flüssige Material 50 aus der am vorderen Endteil 21 des Glasröhrchens 20 angeordneten Düsenöffnung 11 herausgedrückt und als Tröpfchen 71 ausgestoßen. Wenn dabei irgendwelche partikelartige Körper 51 in das im Überwachungsabschnitt 12 gehaltene flüssige Material 50 eingemischt werden, wird das flüssige Material 50 einschließlich solcher partikelartiger Körper 51 aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen.
Die Steuereinheit 74 weist eine Kopfsteuerung 74a auf und die Kopfsteuerung 74a beinhaltet eine Funktion (Aufnahmeeinheit) 75 zum Erfassen des Detektionsergebnisses 7a der Detektionseinheit 7 und eine Funktion (Zustandsänderungseinheit) 76, die den Zustand der in dem flüssigen Material 50 des Überwachungsabschnitts 12 enthaltenen partikelartigen Körper 51 gemäß dem Detektionsergebnis 7a ändert. Die Zustandsänderungseinheit 76 weist eine Ausstoßzieländerungsfunktion (Ausstoßzieländerungseinheit) 78 auf, die das Piezoelement 6 und die Aktuatoren 79 und/oder 89 so steuert, dass das flüssige Material 50 auf ein vorgegebenes der Ziele 81a bis 81c ausgestoßen wird, wenn gemäß dem Detektionsergebnis 7a der Detektionseinheit 7 die Anzahl und/oder Form oder dergleichen der partikelförmigen Körper 51, die unmittelbar vor dem Ausstoß in dem flüssigen Material 50 enthalten sind, einer vorbestimmten Bedingung genügt. Die Ausstoßzieländerungseinheit 78 weist eine Entsorgungsfunktion (Entsorgungseinheit) 78a auf, die das Piezoelement 6 und die Aktuatoren 79 und/oder 89 so steuert, dass das flüssige Material 50 in dem Entsorger 82 entsorgt wird und der Zustand des Überwachungsabschnitts 12 geändert wird. Die Zustandsänderungseinheit 76 weist auch eine Funktion (Mischwerk) 77 auf, die das Piezoelement 6 so weit antreibt, dass das flüssige Material 50 nicht ausgestoßen wird, sondern den Zustand der partikelförmigen Körper 51 im flüssigen Material 50 des Überwachungsabschnitts 12 ändert, wenn gemäß dem Detektionsergebnis 7a der Detektionseinheit 7 die Anzahl und/oder der Zustand der partikelförmigen Körper 51, die unmittelbar vor dem Ausstoß in dem flüssigen Material 50 enthalten sind, nicht der vorbestimmten Bedingung genügt.
Auf diese Weise ist die Ausstoßvorrichtung 1 in der Lage, das flüssige Material 50 einschließlich verschiedener partikelförmiger Körper 51 auf das Ziel 81 unter Verwendung des Tintenstrahl-Ausstoßkopfes 10 auszustoßen oder abzugeben, wobei die Anzahl und Form (äußeres Erscheinungsbild, Zustand) der partikelförmigen Körper 51, die in dem flüssigen Material 50 enthalten sind, unmittelbar vor dem Ausstoßen innerhalb des Ausstoßkopfes 10. In dieser Beschreibung können die partikelförmigen Körper 51 aus jedem beliebigen Material sein, das unabhängig davon in dem flüssigen Material 50 vorhanden ist und dessen Präsenz mit verschiedenen Methoden über das Glasröhrchen 20 nachgewiesen (identifiziert oder erkannt) werden kann. Ein typisches Detektionsverfahren ist die Bildverarbeitung mit Licht (sichtbares Licht, Infrarotlicht oder dergleichen), wobei es effektiv ist, ein Bild aufzunehmen, welches durch ein geeignetes Linsensystem vergrößert wurde. Das Detektionsverfahren kann ein Verfahren sein, das ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld verwendet. Partikelartige Körper (Partikel, Feinpartikel) 51 einschließlich biologischer Materialien, wie Zellen und Gene (DNA, RNA), können als Beispiele für typische partikelartige Körper 51 angegeben werden. Die partikelförmigen Körper 51 enthalten nicht nur sphärische Materie (Körner), sondern auch Materie, die linear oder in anderen Formen vorliegt.
Solche partikelartigen Körper 51 werden oft in dem Bereich zwischen Hohlraum 14 und Düsenöffnung 11 blockiert oder ungleichmäßig verteilt. Vom Hohlraum 14 bis zur Düsenöffnung 11 einschließlich des Überwachungsabschnitts 12 sind dies die Hauptteile des Ausstoßkopfes 10 der Ausstoßvorrichtung 1, die nahtlos aus einem einzigen Glasröhrchen 20 gebildet sind. Das bedeutet, dass der Ausstoßkopf 10 widerstandsfähig ist gegen Stockung, Verstopfungen und ungleichmäßige Verteilung durch Luftblasen oder dergleichen oder überhaupt nichts dergleichen aufweist, und im Ausstoßkopf 10 können auch partikelförmige Körper 51, die für Verstopfungen anfällig sind, wie z.B. Zellen, in einem Zustand, in dem die partikelförmigen Körper 51 im flüssigen Material 50 vergleichsweise gleichmäßig vorliegen, zur Düsenöffnung 11 geführt werden.
2 zeigt eine Vergrößerung der Konstruktion (Anordnung) des Glasröhrchens 20 des Ausstoßkopfes 10. Die 3 und 4 zeigen die Gesamtkonstruktion des Glasröhrchens 20 in Form von Querschnitten, die die erste Richtung 9x (im Folgenden X-Richtung genannt), die senkrecht zur Längsrichtung (Mittelachse) 9z und die zweite Richtung 9y (im Folgenden Y-Richtung genannt), die senkrecht zur Mittelachse 9z und der ersten Richtung 9x ist, aufweisen. Eine typische Größe des Glasröhrchens 20 ist ein Außendurchmesser von 0,5 bis 5 mm und eine Dicke von 0,01 bis 1 mm. Das Glasröhrchen 20 weist das vordere Endteil 21 auf, welches sich am vorderen Ende in Richtung der Düsenöffnung 11 erstreckt und abgeflacht geformt (gegossen) ist, das in X-Richtung breit und in Y-Richtung schmal ist, wobei sich der erste abgeflachte Abschnitt 22 auf der Rückseite von (oben in 2) dem vorderen Endteil 21 befindet und in einer flachen Form ausgebildet (geformt) ist, die in X-Richtung breit und in Y-Richtung schmal ist, ein erster zylindrischer Abschnitt 23, der sich auf der Rückseite des ersten abgeflachten Abschnitts 22 befindet und im Wesentlichen zylindrisch ist, der zweite abgeflachte Abschnitt 24, der sich auf der Rückseite des ersten zylindrischen Abschnitts 23 befindet und abgeflacht ausgebildet (geformt) ist, die in X-Richtung breit und in Y-Richtung schmal ist, einen zweiten zylindrischen Abschnitt 25, der sich auf der Rückseite des zweiten abgeflachten Abschnitts 24 befindet und im Wesentlichen zylindrisch ist, einen verengten Abschnitt 26 aufweist, der sich auf der Rückseite des zweiten zylindrischen Abschnitts 25 befindet und schmaler ist als der zweite zylindrische Abschnitt 25, und einen dritten zylindrischen Abschnitt 27, der sich auf der Rückseite des verengten Abschnitts 26 befindet, im Wesentlichen zylindrisch ist und dazu verwendet wird, das Glasröhrchen 20 mit dem Versorgungsrohr 4 zu verbinden. Das vordere Endteil 21, der erste abgeflachte Abschnitt 22 und der zweite abgeflachte Abschnitt 24 können in verschiedene Richtungen abgeflacht werden. So kann beispielsweise der zweite abgeflachte Abschnitt 24 in eine flache Form gegossen werden, so dass dieser in Y-Richtung breit und in X-Richtung schmal ist.
Die verschiedenen Teile werden näher beschrieben. Zunächst wird, wie die Vergrößerung in 5 zeigt, das vordere Endteil 21 des Glasröhrchens 20 gebildet (gegossen), indem das vordere Ende des Glasröhrchens 20 von außen in eine für die Düsenöffnung 11 geeignete Größe gepresst wird. Ein Querschnitt des vorderen Endteils 21 ist in 6 vergrößert dargestellt. Da die Düsenöffnung 11 in eine flache Form gegossen ist, die in X-Richtung breit und in Y-Richtung schmal ist und deren Querschnittsform im Wesentlichen zu einer flachen (ovalen) oder ähnlichen Form abgeflacht ist, wird es für die partikelförmigen Körper 51 einfach, gleichmäßig in X-Richtung verteilt zu werden und die partikelförmigen Körper 51 unmittelbar vor dem Ausstoßen optisch zu überprüfen oder zu erfassen. Eine typische Größe für das Innere der Düsenöffnung 11 ist eine maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) d in Y-Richtung von 15 bis 200µm. Um winzige partikelartige Körper 51, wie Zellen, in der Größenordnung von µm auszustoßen, sollte die Menge des flüssigen Materials 50, das aus der Düsenöffnung 11 in einem einzigen Arbeitsgang ausgestoßen wird, vorzugsweise auf einen Bereich von pl (Picoliter) bis fl (Femtoliter) gesteuert werden. Obwohl eine Methode zum Bilden des vorderen Endteils 21 darin besteht, das Glasröhrchen 20 zu erwärmen und dann das Glasröhrchen 20 von oben nach unten (in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung) zu drücken, ist es möglich, eine Vielzahl bekannter Glasbearbeitungsmethoden zu verwenden, wobei die Arbeitsmethode nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
Beachten Sie, dass sich der Ausdruck „abgeflacht (oval)“ in der vorliegenden Beschreibung auf einen länglichen Kreis bezieht, der Formen mit Ecken, wie Rechteck oder Quadrat, ausschließt, auch einen idealen Kreis. Die Abflachung (Oval) beinhaltet, neben einem Oval, ein Konzept, das eine Vielzahl von Formen beinhaltet, z.B. Formen, bei denen ein Rechteck oder ein Quadrat mit Halbkreisen an gegenüberliegenden Seiten mit einem Durchmesser, der dem Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten entspricht (oder dem „Spalt zwischen gegenüberliegenden Seiten“) versehen ist.
Der erste abgeflachte Teil 22 zur Rückseite hin oder hinter (neben) dem vorderen Endteil 21 wird durch Pressen des Glasröhrchens 20 von außen gebildet und ein Teil darstellt, das den Überwachungsabschnitt 12 im Inneren in Form eines abgeflachten oder kastenförmigen Raumes bildet. 7 zeigt eine Vergrößerung des Querschnitts. Eine charakteristische Größe des ersten abgeflachten Abschnitts 22 im Innern, ist eine maximale Höhe (maximaler Durchmesser) h in Y-Richtung von 0,05 bis 1,0 mm, eine maximale Breite Wi in X-Richtung von etwa 0,3 bis 10 mm und eine Innenlänge in Längsrichtung 9z von 1 bis 20 mm. Die maximale Innenbreite Wi sollte vorzugsweise etwa 1 bis 3 mm betragen. Die erste Seitenwand 22a und die zweite Seitenwand 22c sind plattenförmig und erstrecken sich in X-Richtung, so dass die im Überwachungsabschnitt 12 vorhandenen partikelförmigen Körper durch die Wände hindurch beobachtet werden können, dabei sollte die Wanddicke t vorzugsweise etwa 50 bis 500µm oder noch besser etwa 50 bis 300µm betragen. Der erste abgeflachte Teil 22 ist so gebildet, dass die äußere maximale Breite Wo in etwa 0,55 bis 7mm beträgt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste abgeflachte Teil 22 durch Pressen des Glasröhrchens 20 von außen geformt oder gebildet und weist den Überwachungsabschnitt 12 mit einer abgeflachten Öffnung auf, die in ihrem Inneren im Wesentlichen abgeflacht (oval) ausgebildet ist oder eine ähnliche Form hat. Das Volumen des Überwachungsabschnitts 12 wird durch den inneren Querschnitt und die Länge bestimmt und ist für das Verfahren wichtig, bei dem der Überwachungsabschnitt 12 benötigt wird. Das liegt daran, dass sich der Detektionsalgorithmus für die nachfolgend beschriebenen partikelförmigen Körper 51 ändert, je nachdem, wie viele Ausstoßmengen im Überwachungsabschnitt 12 enthalten sind.
Die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) h in Y-Richtung des Überwachungsabschnitts 12 sollte vorzugsweise abhängig von der Größe der partikelförmigen Körper 51, die in den Überwachungsabschnitt 12 einströmen, ausgewählt werden. Das heißt, wenn die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) h des Überwachungsabschnitts 12 im Verhältnis zur Größe (z.B. dem Durchmesser) der partikelförmigen Körper 51 zu groß ist, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die partikelförmigen Körper 51 innerhalb des Überwachungsabschnitts 12 übereinander zu liegen kommen (überlappen) und somit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass es nicht mehr möglich sein wird, einzelne Körper bei der Vielzahl der partikelförmigen Körper 51 zu identifizieren. Ist dagegen die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) h des Überwachungsabschnitts 12 im Verhältnis zur Größe der partikelförmigen Körper 51 zu klein, so stellt der Überwachungsabschnitt 12 einen Widerstand gegen den Durchgang der partikelförmigen Körper 51 dar und es besteht die Möglichkeit, dass es für die partikelförmigen Körper 51 schwierig sein wird, gleichmäßig aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen werden zu können.
Dementsprechend sollten die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) h in Y-Richtung des Überwachungsabschnitts 12 und der durchschnittliche Partikeldurchmesser (Durchmesser) r der zu identifizierenden partikelartigen Körper 51 vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllen: $1.2 \leq h/r \leq 100.0$
(h/r) sollte vorzugsweise 50,0 oder weniger sein. Außerdem sollte (h/r) vorzugsweise 1,4 oder größer, noch besser aber 1,5 oder mehr sein.
Auch die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) h in Y-Richtung des Überwachungsabschnitts 12 und die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) d in Y-Richtung der Düsenöffnung 11 sollten vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllen: $0,5 \leq h/d \leq 20 .0$
(h/d) sollte vorzugsweise 15,0 oder darunter sein. Außerdem sollte (h/d) vorzugsweise 0,8 oder höher sein.
Auch die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) d in Y-Richtung der Düsenöffnung 11 und die maximale Breite b in X-Richtung der Düsenöffnung 11 sollten vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllen: $1.0 \leq b/d \leq 20 .0$
(b/d) sollte vorzugsweise 10,0 oder darunter sein.
Ein Verfahren zum Bilden des ersten abgeflachten Teiles 22 besteht darin, das Glasröhrchen 20 zu erwärmen und dann das Glasröhrchen 20 in die Auf-Ab-Richtung (eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung) zu drücken. Durch Bilden des Glasröhrchens 20 nicht nur in einer Dimension (der Richtung in Vorder-Rückseite oder in Längsrichtung), sondern in zwei Dimensionen (der Aufwärts-Richtung und einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung) mit Pressen des Glasröhrchens 20 in einem nach außen gedrückten Zustand, wird der Überwachungsabschnitt 12 gebildet, der intern mit einem abgeflachten Raum versehen ist. Darüber hinaus wird eine ebene Oberfläche 22b an der Außenseite der ersten Seitenwand 22a des ersten abgeflachten Teiles 22 des Glasröhrchens 20 und eine ebene Oberfläche 22d an der Außenseite der ersten Seitenwand 22c gebildet. Diese Formgebungsmethode ist ein Beispiel, aber es ist auch möglich, das Glasröhrchen 20 in eine vorgegebene Form zu bringen, indem man ein rohrförmiges Element wie Glas oder Harz wie beim Spritzguß in eine Form bläst, oder Metall walzt, um ein rohrförmiges Element mit einer vorgegebenen Form zu erhalten.
Die erste Seitenwand 22a und die zweite Seitenwand 22c können flach oder gebogen sein. Sind die Wände gekrümmt, werden die partikelförmigen Körper 51 des Überwachungsabschnitts 12 durch einen Linseneffekt optisch leicht zu erkennen sein. Andererseits, wenn die erste Seitenwand 22a und die zweite Seitenwand 22c flach sind, wenn die maximale Höhe (maximaler Innendurchmesser) h innerhalb des Überwachungsabschnitts 12 einheitlich ist, wird es einfach sein, durch die Seitenwände 22a und 22b ein nur leicht verzerrtes Bild zu erhalten, wodurch Art und Form der partikelförmigen Körper 51 leicht unterschieden werden können. Außerdem ist der kastenförmige Überwachungsabschnitt 12 durch die flachen Seitenwände 22a und 22c so konstruiert, dass die partikelförmigen Körper 51 auf einfache Weise gleichmäßig in X-Richtung des Überwachungsabschnitts 12 verteilt werden können. Wenn demnach eine Vielzahl von partikelförmigen Körpern 51 im Überwachungsabschnitt 12 vorhanden sind, ist es einfach, die partikelförmigen Körper 51 visuell zu beurteilen oder zu erfassen.
Der erste zylindrische Teil 23, der sich auf der Rückseite des (bzw. neben dem) ersten abgeflachten Teiles 22 befindet, ist ein Teil, der einen ersten Verbindungskanal 13 zum Verbinden (zum fluidischen Verbinden) des Überwachungsabschnitts 12 und des Hohlraums 14 bildet. Wie der vergrößerte Querschnitt in 8 zeigt, hat der erste zylindrische Abschnitt 23 durch seine zylindrische Form eine hohe Festigkeit, so dass, auch wenn sich der weiter unten beschriebene Hohlraum 14 durch das piezoelektrische Element 6 verformt, eine solche Formänderung auf den ersten abgeflachten Teil 22 wenig Einfluss hat. Dabei ist zu beachten, dass es zur Übertragung von Änderungen des Innendrucks des Hohlraums 14 auf den Überwachungsabschnitt 12 und um das flüssige Material zum Ausstoß aus der Düsenöffnung 11 50 im Überwachungsabschnitt 12 zu halten, wünschenswert ist, die innere Querschnittsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 23 im Wesentlichen gleich der inneren Querschnittsfläche des Überwachungsabschnitts 12 zu machen. Außerdem können anstelle des ersten zylindrischen Abschnitts 23 der Hohlraum 14 und der Überwachungsabschnitt 12 durch ein abgeflachtes Teil verbunden sein.
Der zweite abgeflachte Teil 24 zur Rückseite hin oder hinter (neben) dem ersten zylindrischen Teil 23 weist einen abgeflachten, kastenförmigen Raum auf, der im Inneren in derselben Weise wie der erste abgeflachte Teil 22 ausgebildet ist und einen Teil darstellt, der als Hohlraum 14 die Druckkammer bildet. Eine Vergrößerung des Querschnitts des zweiten abgeflachten Abschnitts 24 ist in 9 dargestellt. Das flache piezoelektrische Element (Piezoelement, Aktor) 6 ist an der Oberfläche (Außenfläche) 24b an der Außenseite der flachen Wand 24a des Hohlraums 14 befestigt. Das Piezoelement 6 ist zusammen mit einer Dünnfilmelektrode 6e aus ITO, Metall o.ä. am Glasröhrchen 20 befestigt, empfängt über die Elektrode 6e Treiberimpulse (Spannungstreiberimpulse) und dehnt sich aus und zieht sich zusammen, um Schwankungen im Innenvolumen des Hohlraums 14 zu bewirken. Dabei ist zu beachten, dass ein piezoelektrisches Element 6 ein typisches Druck-Elektro-Umwandlungselement ist und als solches eine bekannte Konstruktion aufweist, welche eine Elektrode und dergleichen enthält.
Der zweite zylindrische Teil 25 zur Rückseite des zweiten abgeflachten Teiles 24 hin, ist ein Teil, der einen zweiten Verbindungsweg 15, zum Verbinden des Hohlraums 14 mit einem engen Strömungsweg 16 auf der Rückseite, schafft und eine Öffnung bildet, bei der der Öffnungsbereich enger ist. Der Verbindungsweg 15 dient auch als Puffer für die Zuführung des flüssigen Materials 50 in den Hohlraum 14, einschließlich der partikelförmigen Körper 51.
Der verengte Teil 26 zur Rückseite des zweiten zylindrischen Teiles 25 hin, ist ein Teil, der den Strömungsweg 16 bildet, wo der Öffnungsbereich verengt wird. Eine Vergrößerung des Querschnitts des verengten Teils 26 ist in 10 dargestellt. Der Innendurchmesser des Strömungsweges 16 beträgt 20 bis 200µm. Z.B. wird die Druckänderung des Hohlraums 14 effektiv auf die Seite der Düsenöffnung 11 übertragen, so dass es schwierig ist, die Druckänderung im Hohlraum 14 auf das Versorgungsrohr 4 und den Behälter 5 zu übertragen. Ein Verfahren, den verengten Teils 26 zu erzeugen, besteht darin, das erwärmte Glasröhrchen 20 in Richtung Vorne-Hinten (Längsrichtung) zu ziehen. Der dritte zylindrische Teil 27 auf der Rückseite des verengten Teils 26 ist ein Teil, der einen dritten Verbindungsweg 17 zum Verbinden mit dem Versorgungsrohr 4 bildet.
Der vordere Endteil 21, der erste abgeflachte Teil 22, der erste zylindrische Teil 23 und der zweite abgeflachte Teil 24, werden allein durch das Bearbeiten (Formen) des Glasröhrchen 20 gebildet. Da es möglich ist, das Glasröhrchen 20 nahtlos vom Hohlraum aus bis zur Düsenöffnung zu formen, kommt es kaum zu Stockungen und/oder Verstopfungen durch Blasen o.ä., so dass es möglich ist, das Anhaften der partikelartigen Körper 51, wie Zellen, zu verhindern und die Stockung des Durchflusses des flüssigen Materials 50 und Verstopfungen der partikelartigen Körper 51 von vornherein zu verhindern. Aus diesem Grund ist es möglich, einen Ausstoßkopf 10 vorzusehen, der für das Ausstoßen einer Vielzahl von partikelförmigen Körpern 51 und flüssigen Materialien 50 von niedriger bis hoher Viskosität geeignet ist.
Dabei ist zu beachten, dass es trotz der Verwendung des Glasröhrchens 20 gemäß obiger Beschreibung möglich ist, anstelle des Glasröhrchen 20 ein Harzrohr oder ein lichtdurchlässiges (transparentes) Keramikrohr in die gleiche Form zu bringen und dadurch einen Ausstoßkopf 10 bereitzustellen, der auch nahtlos ist und ebenfalls geeignet ist, die Anzahl der partikelförmigen Körper 51 oder dergleichen kostengünstig zu vermessen.
Da der Ausstoßkopf 10 den abgeflachten Überwachungsabschnitt 12 auf der Rückseite der Düsenöffnung 11 enthält und der abgeflachte Überwachungsabschnitt die abgeflachte Düsenöffnung 11 enthält, ist es auf diese Weise möglich, Anzahl und Form der im flüssigen Material 50 enthaltenen, als nächstes auszustoßenden oder später aus der Düsenöffnung 11 durch die Erfassungsvorrichtung 7 auszustoßenden partikelförmigen Körper 51, zu erkennen. Ein Beispiel der Detektionsvorrichtung 7 ist in 4 dargestellt. Die Detektionseinheit 7 weist eine Lichtquelle 101 auf, die so angeordnet ist, dass sie der ersten Seitenwand 22a des ersten abgeflachten Teils 22 zugewandt ist, eine Bildaufnahmeeinheit 102, die der zweiten Seitenwand 22c gegenüber der Lichtquelle 101 zugewandt ist und den Bildverarbeitungsmechanismus 103, der ein von der Bildaufnahmeeinheit 102 aufgenommenes Bild verarbeitet. Die Lichtquelle 101 beleuchtet die im Überwachungsabschnitt 12 vorhandenen partikelförmigen Körper 51 und die im Tröpfchen 71 enthaltenen partikelförmigen Körper 51, die aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen werden. Ein Beispiel für die Lichtquelle 101 ist ein sogenanntes Stroboskoplicht, das zyklisch Licht abgeben kann, und beispielsweise eine Halogenlampe wie eine Xenonlampe, eine LED-Lampe oder ein „Schwarzlicht“ (ultraviolettes Licht) verwendet. Sinnvollerweise kann die Leuchtdichte der Lichtquelle 101, entsprechend der Leistung der Bildaufnahmeeinheit 102, eingestellt werden.
Die Bildaufnahmeeinheit 102 erfasst ein Bild über die transparente zweite Seitenwand 22c des Überwachungsabschnitts 12, einschließlich eines Zustands des von der Lichtquelle 101 beleuchteten flüssigen Materials 50 und des aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßenen flüssigen Materials 50 in Richtung der Ziele 81a bis 81c. Dementsprechend ist es möglich, durch Analyse des erhaltenen Bildes, die Anzahl und Form der im Überwachungsabschnitt 12 in dem flüssigen Material 50 enthaltenen partikelförmigen Körper 51 und/oder die in die Flüssigkeit (Tröpfchen) 50 abgegebenen partikelförmigen Körper 51, zu erkennen. Eine Bildaufnahmeeinheit, die ein Bild der in dem Flüssigmaterial 50 im Überwachungsabschnitt 12 enthaltenen partikelförmigen Körper 51 aufnimmt, und eine Bildaufnahmeeinheit, die ein Bild der aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßenen Flüssigkeit aufnimmt, können separat vorgesehen sein.
Ein Beispiel für die Bildaufnahmeeinheit 102 ist eine Kamera, die mit einem Bildaufnahmeelement (CCD, CMOS) und einer optischen Linse ausgestattet ist. Die optische Linse ist in der Lage, die Brennweite einzustellen und auch die Vergrößerung der Bildaufnahme zu verändern, und sollte vorzugsweise in der Lage sein, eine Bildaufnahmevergrößerung in einem Bereich vorzunehmen, in dem es möglich ist, gleichzeitig ein Bild von einer Vielzahl von in dem flüssigen Material 50 enthaltenen winzigen partikelartigen Körpern 51 aufzunehmen. Der Bildverarbeitungsmechanismus 103 analysiert ein von dem Bildaufnahmeelement 102 aufgenommenes Bild und identifiziert das Vorhandensein, die Anzahl und die Form der teilchenförmigen Körper 51 im Überwachungsabschnitt 12 sowie das Vorhandensein, die Anzahl und die Form der teilchenförmigen Körper 51 in den Tröpfchen 71 nach dem Ausstoßen. Ein Beispiel für den Bildverarbeitungsmechanismus 103 beinhaltet eine parallele rechnergestützte Verarbeitungsfunktion oder -konfiguration, und ein Beispiel für die parallelen rechnergestützten Prozessoren ist ein Hochgeschwindigkeitsbildprozessor, der Positionsberechnungselemente aufweist, wobei jedes einem jeden Pixel eines CMOS-Sensors entspricht.
Der Überwachungsabschnitt 12 ist abgeflacht und so ausgebildet, dass er in X-Richtung breiter und in Y-Richtung schmaler ist als der erste zylindrische Abschnitt 23. Wenn demnach eine Vielzahl von partikelartigen Körpern 51, wie beispielsweise Zellen, die in dem flüssigen Material 50 enthalten sind, im Überwachungsabschnitt 12 vorhanden sind, verteilen sich diese partikelartigen Körper 51 in X-Richtung und neigen dazu, sich in einem nicht überlappenden Zustand zwischen der ersten Seitenwand 22a und der zweiten Seitenwand 22c anzusammeln. Aus diesem Grund ist es im Entladekopf 10, wenn eine Vielzahl der teilchenförmigen Körper 51 im Überwachungsabschnitt 12 vorhanden sind, einfach, die teilchenförmigen Körper 51 außerhalb der ersten Seitenwand 22a und der zweiten Seitenwand 22c getrennt zu erfassen und zu ermitteln, ob eine Vielzahl der teilchenförmigen Körper 51 vorhanden ist.
Gemäß der mit dem Ausstoßkopf 10 ausgestatteten Ausstoßvorrichtung 1 ist es unter Beobachtung des Vorhandenseins, der Anzahl und der Form der partikelförmigen Körper 51 im unmittelbar oberhalb (unmittelbar vor) der Düsenöffnung 11 liegenden Überwachungsabschnitt 12 möglich, mit der Erfassungsvorrichtung 7 zu bestimmen, ob partikelförmige Körper 51 in dem als nächstes auszustoßenden flüssigen Material 50 (dem Tröpfchen 71) enthalten sind, sowie die enthaltene Anzahl der partikelförmigen Körper 51 und die Form (Art) der enthaltenen partikelförmigen Körper 51, bevor das flüssige Material 50 aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen (abgegeben) wird, und dadurch das Detektionsergebnis 7a zu erhalten. Das bedeutet, dass mit der Ausstoßvorrichtung 1 nur das flüssige Material 50, das partikelförmige Körper 51 der gewünschten Anzahl und Form (Typ) beinhaltet, auf eines der Ziele 81a bis 81c ausgestoßen wird und dass es in anderen Fällen möglich ist, das flüssige Material 50 dazu zu bringen, seinen Zustand im Überwachungsabschnitts 12 zu ändern und/oder das flüssige Material 50 in den Entsorger 82 zu entsorgen, um den Zustand im Überwachungsabschnitt 12 zu ändern.
Daher ist es gemäß der Ausstoßvorrichtung 1 möglich, selektiv nur ein Tröpfchen 71 (das partikelförmige Körper enthält) auszustoßen, wobei das Detektionsergebnis 7a einer vorbestimmten Bedingung hinsichtlich der Ziele 81a bis 81c genügt. Aus diesem Grund ist es beim Ausstoßen der Tröpfchen 71, einschließlich der partikelförmigen Körper 51, auf eine Mikroplatte (Target) mit einer Vielzahl von Bohrlöchern möglich, das Vorhandensein von überflüssigen Bohrlöchern, die nicht den Bedingungen eines Experiments oder dergleichen genügen, stark zu reduzieren.
11 zeigt ein anderes Beispiel für einen Ausstoßkopf 10. Das Glasröhrchen 20 des Ausstoßkopfes 10 ist mit einer zylindrischen Düsenöffnung 11 ausgestattet. Am vorderen Endteil 21 des die Düsenöffnung 11 bildenden Glasröhrchens 20, wird das vordere Ende des Glasröhrchens 20 zum Bilden der Düsenöffnung 11 durch eine verengte Form geeigneter Größe gegossen oder geformt. Ein typischer Innendurchmesser der Düsenöffnung 11 beträgt 15-200µm.
Auch in der Ausstoßvorrichtung 1, die mit dem Ausstoßkopf 10 ausgestattet ist, werden das Vorhandensein und die Anzahl der partikelförmigen Körper 51 in dem mit der Düsenöffnung 11 verbundenen und unmittelbar darüber (unmittelbar davor) liegenden Überwachungsabschnitt 12 beobachtet. Das bedeutet, dass es möglich ist, bevor das flüssige Material 50 aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen (abgegeben) wird, von der Detektionsvorrichtung 7 ein Detektionsergebnis 7a zu erhalten, das zum einen angibt, ob partikelförmige Körper 51 in dem als nächstes auszustoßenden flüssigen Material 50 (dem Tröpfchen 71) enthalten sind und zum andern, die Anzahl, Form und dergleichen der enthaltenen partikelförmigen Körper 51 offenbart. Aus diesem Grund ist es in der Ausstoßvorrichtung 1 möglich, nur das flüssige Material 50, einschließlich der partikelförmigen Körper 51, in einem gewünschten Zustand, d.h. mit einer vorgegebenen Anzahl und/oder Form (Typ), auf eines der vorgegebenen Ziele 81a bis 81c auszustoßen. Wenn das Detektionsergebnis 7a nicht mit dem gewünschten Zustand übereinstimmt, ist es möglich, das flüssige Material 50 aufzumischen, um dessen Zustand im Überwachungsabschnitt 12 zu ändern und/oder das flüssige Material 50 in den Entsorger 82 zu entsorgen, um den Zustand im Überwachungsabschnitt 12 zu ändern. Da die verbleibende Konstruktion des Ausstoßkopfes 10 mit der des oben beschriebenen Ausstoßkopfes identisch ist, wird auf deren Beschreibung verzichtet.
12 zeigt noch ein weiteres Beispiel für den Ausstoßkopf 10. Das Glasröhrchen 20 des Ausstoßkopfes 10 ist mit einem zylindrischen Überwachungsabschnitt 12 versehen. Das heißt, das Glasröhrchen 20 enthält einen vierten zylindrischen Abschnitt 28, der den Überwachungsabschnitt 12 an der Rückseite des vorderen Endteils 21 und vor dem ersten zylindrischen Abschnitt 23 bildet. Wenn demnach die Größe der partikelförmigen Körper 51 vergleichsweise groß ist und der Teilchendurchmesser (Durchmesser) r der partikelförmigen Körper 51 beispielsweise 10µm oder mehr beträgt, ist es möglich, die partikelförmigen Körper 51 zu erfassen, indem man den vierten zylindrischen Teil 28, wo das Glasröhrchen 20, anstelle des ersten abgeflachten Abschnittes 22, immer noch zylindrisch ist, dadurch dass das Glasröhrchen 20 durch Pressen von außen geformt wurde. Da die verbleibende Konstruktion des Ausstoßkopfes 10 mit der des oben beschriebenen Ausstoßkopfes identisch ist, wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Andererseits, wenn der Partikel-Durchmesser (Durchmesser) r der partikelmäßigen Körper 51 unter 10 µm liegt, besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass die partikelmäßigen Körper 51) innerhalb des Überwachungsabschnittes 12 übereinander zu liegen kommen (einander überlappen) und eine vergrößerte Wahrscheinlichkeit, dass es nicht möglich sein wird, individuelle partikelmäßige Körper 51 von der Mehrzahl von partikelmäßigen Körpern 51 zu unterscheiden. In dem Fall ist es vorzuziehen, den durch Drücken der Glasröhre 20 von der Außenseite geformten ersten flachen Teil 22 zu verwenden. Wenn der Partikeldurchmesser (Durchmesser) r der partikelartigen Körper 51 5µm oder darunter liegt, ist es ebenfalls besser, den ersten abgeflachten Abschnitt 22 vorzuziehen.
13 zeigt anhand eines Flussdiagramms ein Verfahren (ein Steuerungsverfahren der Ausstoßvorrichtung 1) zum Ausstoßen eines Tröpfchens 71 mit partikelförmigen Körpern 51 auf eines der Ziele 81a bis 81c gemäß einer vorbestimmten Bedingung unter Verwendung der Ausstoßvorrichtung 1, die mit dem Ausstoßkopf 10 ausgestattet ist.
Wenn in Schritt 110 eine Ausstoßanweisung von der Host-Vorrichtung ausgegeben wurde, verwendet die Steuereinheit 74 in Schritt 111 ein Bild einer Düsenoberfläche 11a der Düsenöffnung 11, das von der Detektionsvorrichtung 7 erhalten wurde, um zu bestimmen, ob partikelförmige Körper 51 auf der Düsenoberfläche 11a der in 5 dargestellten Düsenöffnung 11 vorhanden sind. Wenn partikelförmige Körper 51 oder andere Fremdstoffe auf der Düsenoberfläche 11a vorhanden sind, schaltet die Steuereinheit 74 in Schritt 112b in den Reinigungsmodus (Wischmodus). Wenn die partikelförmigen Körper 51 oder andere Fremdstoffe auf der Düsenoberfläche 11a vorhanden sind, ändert sich die Flugrichtung des aus dem Ausstoßkopf 10 ausgestoßenen Tröpfchens 71 und es besteht die Möglichkeit, dass das Tröpfchen 71 das gewünschte Ziel nicht erreicht. Dementsprechend wird zunächst überprüft, ob die Düsenoberfläche 11a sauber ist, und wenn Fremdstoffe vorhanden sind, wird die Düsenoberfläche 11a gereinigt.
Im Reinigungsmodus wird der Aktuator 79 und/oder 89 dazu verwendet, den Ausstoßkopf 10 in die Ausgangsposition zu bewegen, und die Düsenoberfläche 11a wird mit einem in der Ausgangsposition bereitgestellten Wischmechanismus oder dergleichen gereinigt, um die Fremdstoffe zu entfernen. Im Reinigungsmodus kann sich der Ausstoßkopf 10 zum Entsorger 82 bewegen und die partikelförmigen Körper 51 oder die an der Düsenoberfläche 11a vorhandenen Fremdkörper können durch Entsorgen des Tröpfchens (z.B. durch Reinigen) entfernt werden.
Nachdem die Reinigung in Schritt 112b beendet ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 110 zurück, wo bestätigt wird, dass eine Ausstoßanweisung gehalten und der nachfolgend beschriebene Ausstoßvorgang fortgesetzt wird. Nach Beendigung der Reinigung in Schritt 112b kann die Steuerung zu Schritt 111 zurückkehren, ohne die Ausstoßanweisung zu bestätigen, um noch einmal zu überprüfen, ob sich Fremdkörper auf der Düsenoberfläche 11a befinden, und dann den nachfolgend beschriebenen Ausstoßvorgang fortsetzen.
Wenn keine partikelförmigen Körper 51 an der Düsenoberfläche 11a detektiert werden, erfasst eine Aufnahmeeinheit 75 der Steuereinheit 74 in Schritt 112a das Detektionsergebnis 7a einschließlich Informationen über die Anzahl und/oder Form (z.B. Größe (Durchmesser), Form, Muster und Farbe) der partikelförmigen Körper 51, die in dem flüssigen Material 50 im Überwachungsabschnitt 12 der Detektionseinheit 7 im flüssigen Material 50 enthalten sind. Wenn in Schritt 113 ein Zustand wie die Anzahl und/oder die Form oder dergleichen der im Detektionsergebnis 7a enthaltenen partikelförmigen Körper 51 innerhalb eines Bereichs einer vorbestimmten Bedingung liegt, wählt in Schritt 114a die Ausstoßzieländerungseinheit 78 der Zustandsänderungseinheit 76 eines der Ziele 81a bis 81c aus und bewegt in Schritt 114b unter Verwendung des Aktuators 79 und/oder 89 den Ausstoßkopf 10 zu einem jener Ziele 81a bis 81c, das der vorbestimmten Bedingung entspricht und verwendet die Antriebseinheit 2, um das flüssige Material 50 auf das ausgewählte Ziel 81 auszustoßen.
Liegt dagegen das erfasste Detektionsergebnis 7a nicht im Bereich der vorgegebenen Bedingung, bestimmt in Schritt 115a die Zustandsänderungseinheit 76, ob das flüssige Material 50 entsorgt werden soll. Falls das flüssige Material 50 entsorgt werden soll, so bewegt in Schritt 115b eine Entsorgungseinheit 78a der Austoßzielwechseleinheit 78 den Ausstoßkopf mit dem Aktuator 79 und/oder 89 zur Entsorgungseinheit 82 wo dann die Entsorgung über die Antriebseinheit 2 erfolgt. Die Steuerung kehrt dann zu Schritt 110 zurück.
Wenn das flüssige Material 50 nicht entsorgt werden soll, steuert in Schritt 116 eine Mischeinheit 77 eine an das piezoelektrische Element (Piezoelement) 6 seitens der Antriebseinheit 2 angelegte Antriebsspannung, um den Innendruck des Hohlraums 14 soweit zu verändern oder zum schwanken zu bringen, dass kein Tröpfchen ausgestoßen wird, wobei das flüssige Material 50 gemischt wird und so der Zustand des Überwachungsabschnitts 12 geändert wird. Anschließend kehrt die Steuerung zu Schritt 110 zurück.
Durch die Auswahl des Mischens in Schritt 116 ist es möglich, die Verteilung und Position der partikelförmigen Körper 51 im Überwachungsabschnitt 12 zu ändern, ohne die partikelförmigen Körper 51 zu entsorgen. Dies bedeutet, dass es möglich ist, das Vorhandensein (die Menge) überflüssiger partikelförmiger Körper 51 drastisch zu reduzieren und es ist auch nicht notwendig, den Ausstoßkopf 10 oder den Tisch 83 mit dem Aktuator 79 und/oder 89 zu bewegen um die Entsorgung durchzuführen.
Die Entscheidung, ob die Entsorgung in Schritt 115b oder die Mischerauswahl in Schritt 116 gewählt werden soll, kann im Voraus als Grundeinstellung bei der Zustandsänderungseinheit 76 eingestellt werden oder es kann die Entsorgung gewählt werden, wenn ein Detektionsergebnis 7a, einer vorgegebenen Bedingung entsprechend, trotz mehrfacher Wiederholung der Mischbewegung, nicht genügt. Es ist auch möglich, Mischen oder Entsorgen zu wählen, indem gemäß dem Detektionsergebnis 7a bestimmt wird, ob es möglich ist, den Zustand des Überwachungsabschnitts 12 durch das Wählen von Mischen in Schritt 116 so zu ändern, dass er der vorgegebenen Bedingung entspricht.
Wenn in Schritt 114b ein Tröpfchen 71 auf eines der Ziele 81a bis 81c ausgestoßen wird oder in Schritt 115b das flüssige Material 50 entsorgt wird, treibt die Steuereinheit 74 das piezoelektrische Element 6 über die Antriebseinheit 2 mit Ansteuerimpulsen für ein „Push“-Typ (Verfahren) an, nicht aber mit Ansteuerimpulsen für ein „Pull“-Typ" (Verfahren). Hier bezieht sich der Ausdruck „Pull“-Typ beispielsweise auf das Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element 6 in einem Normalzustand, um den Hohlraum 14 in einem Zustand mit reduziertem Volumen zu halten, auf das Reduzieren der angelegten Spannung unmittelbar vor dem Ausstoßen, um das Volumen des Hohlraums 14 zu vergrößern, und auf das erneute Anlegen einer Spannung, um das Volumen des Hohlraums 14 zu reduzieren und ein Tröpfchen 71 auszustoßen. Andererseits bezieht sich der Ausdruck „Push“-Typ darauf, dass an das piezoelektrische Element 6 im Normalzustand keine Spannung angelegt wird, während beim Ausstoßen eines Tröpfchens 71 eine Spannung angelegt wird, um das piezoelektrische Element 6 zu verformen und den Druck im Hohlraum 14 zu erhöhen, was schließlich das Ausstoßen eines Tröpfchens 71 bewirkt.
Da der Meniskus der Düsenöffnung 11 beim Verwenden der Pull-Typ Ansteuerimpulse eingezogen wird, kann der Meniskus bis in den Überwachungsabschnitt 12 eingezogen werden, was den Innenzustand des Überwachungsabschnitts 12 ändert. Das bedeutet, dass sich der Zustand des Überwachungsabschnitts 12, der in Schritt 113 bestätigt wurde, ändern kann und unvermittelt partikelförmige Körper 51 in die ausgestoßenen Tröpfchen 71 aufgenommen werden. Andererseits wird bei den Push-Typ Ansteuerimpulsen, bei denen der Meniskus der Düsenöffnung 11 kaum eingezogen wird, der Zustand des Überwachungsabschnitts 12 nicht verändert und es kann ein Tröpfchen 71 einschließlich der erwarteten partikelförmigen Körper 51 ausgestoßen werden.
Unmittelbar nach dem Zuführen von Antriebsimpulsen für das Push-Typ Verfahren zum piezoelektrischen Element 6 in Schritt 114b liefert die Antriebseinheit 2 Impulse, die die Bewegung des Meniskus zum piezoelektrischen Element 6 in Schritt 117 aufheben. Durch die schnelle Dämpfung der Meniskus-Schwingung und die Unterdrückung der Meniskus-Bewegung auf ein Minimum, ist es möglich, den inneren Zustand des Überwachungsabschnitts 12 schnell zu stabilisieren.
Wenn in Schritt 114b die partikelförmigen Körper 51 der angegebenen Bedingung auf das angegebene Ziel 81a bis 81c ausgestoßen wurden, nimmt die Aufnahmeeinheit 75 der Steuereinheit 74 in Schritt 118a unmittelbar nach dem Ausstoßen ein Bild des Tröpfchens und ein Detektionsergebnis 7a für den Überwachungsabschnitt 12 nach dem Ausstoßen aus der Detektionsvorrichtung 7 auf.
Wenn in Schritt 118b partikelförmige Körper 51, die vor dem Ausstoßen den Bedingungen genügen, nach dem Ausstoßen im Detektionsergebnis 7a vorhanden sind, stellt die Steuereinheit 74 fest, dass ein Tröpfchen 71 einschließlich der partikelförmigen Körper 51 nicht ausgestoßen wurde. Wenn das flüssige Material 50 wiederholt auf das gewünschte Ziel 81a bis 81c ausgestoßen werden kann, kehrt die Steuerung in Schritt 120 zu Schritt 110 zurück, ohne das Ziel zu ändern, die Bedingungen werden in den Schritten 111 und 113 erneut bestätigt, und dann wird das Ausstoßen in Schritt 114b wiederholt.
Wenn die partikelförmigen Körper 51, die die Bedingungen vor dem Ausstoßen erfüllen, nach dem Ausstoßen nicht im Detektionsergebnis 7a vorhanden sind, verwendet die Steuereinheit 74 in Schritt 119 das Bild des ausgestoßenen Tröpfchens, um festzustellen, ob partikelförmige Körper 51 mit vorbestimmten Bedingungen in den ausgestoßenen Tröpfchen enthalten waren. Wenn partikelartige Körper 51 nicht in dem ausgestoßenen Tröpfchen 71 detektiert werden, stellt die Steuereinheit 74 fest, dass ein Tröpfchen 71, einschließlich der partikelartigen Körper 51, nicht auf das gewünschte Ziel 81a bis 81c ausgestoßen wurde. Wenn das flüssige Material 50 wiederholt auf das gewünschte Ziel 81a bis 81c ausgestoßen werden kann, kehrt die Steuerung in Schritt 122 zu Schritt 110 zurück, ohne das Ziel 81 zu ändern, die Bedingungen werden in den Schritten 111 und 113 erneut bestätigt und dann wird das Ausstoßen in Schritt 114b wiederholt.
Gleichzeitig mit Schritt 118b oder ungefähr zur gleichen Zeit wird durch die Bestätigung in Schritt 119, wonach die partikelförmigen Körper 51 nach dem Ausstoßen in dem Tröpfchen 71 enthalten sind, die Möglichkeit erkannt, dass partikelförmige Körper 51 an der Düsenoberfläche 11a haften und nicht auf das Ziel 81 ausgestoßen werden, so dass es möglich wird, die partikelförmigen Körper 51 zuverlässig auszustoßen.
Wenn in Schritt 121 ein anderes Ziel vorhanden ist, erfolgt in Schritt 123 ein Wechsel zu einem anderen Ziel und die Steuerung kehrt zu Schritt 110 zurück. Wenn es in Schritt 121 kein anderes Ziel gibt, endet die Steuerung.
14 zeigt ein Beispiel für einen Algorithmus für einen Fall, bei dem ein Tröpfchen 71 mit nur einem partikelförmigen Körper 51 auf ein Ziel 81 ausgestoßen wird. In diesem Algorithmus verwendet die Steuereinheit 74 der Ausstoßvorrichtung 1 die Detektionsvorrichtung 7, die Antriebsvorrichtung 2 zum Steuern des Piezoelements 6 und den zweiten Aktuator 79 und/oder den dritten Aktuator 89 zum Mischen. Dabei ist zu beachten, dass auf die Beschreibung für Schritte, die mit denen des oben beschriebenen Flussdiagramms übereinstimmen, verzichtet wird.
15 zeigt den Zustand des Überwachungsabschnitts 12. In diesem Beispiel weist der Überwachungsabschnitt 12, wie in 15 dargestellt, ein Volumen auf, das einer Menge von drei Ausstoßungen entspricht. Das Innere des Überwachungsabschnitts 12 ist idealerweise oder nahezu in einen Teil (erster Bereich) 31, der als nächster aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen wird, einen Teil (zweiter Bereich) 32, der danach ausgestoßen wird (d.h. zweiter Bereich) und einen Teil (dritter Bereich) 33, der danach ausgestoßen wird (d.h. dritter Bereich) unterteilt. Obwohl der Überwachungsabschnitt 12 des Ausstoßkopfes 10 in 15 deutlich in diese Bereiche 31 bis 33 von der Düsenöffnung 11 am vorderen Ende bis zum hinteren Ende 29 eingeteilt dargestellt ist, handelt es sich bei diesen Bereichen um virtuelle Bereiche, die für die Bildanalyse bestimmt sind und die Form der Grenzen dieser Bereiche 31 bis 33 nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
Wenn in Schritt 110 eine Ausstoßanweisung von der Host-Vorrichtung ausgegeben wurde, bestimmt die Steuereinheit 74 in Schritt 111, ob die partikelförmigen Körper 51 an der Düsenoberfläche 11a der Düsenöffnung 11 erfasst wurden. Wenn an der Düsenoberfläche 11a keine partikelförmigen Körper 51 erfasst wurden, akquiriert die Aufnahmeeinheit 75 der Steuereinheit 74 in Schritt 112a das Detektionsergebnis 7a, einschließlich Informationen über die einzelnen partikelförmigen Körper 51, die im flüssigen Material 50 des Überwachungsabschnitts 12 enthalten waren, von der Detektionsvorrichtung 7.
Wenn in Schritt 113a keine partikelförmigen Körper 51 erfasst wurden (Nullfeststellung) oder zwei oder mehr partikelförmige Körper 51 im ersten Bereich 31, der der Düsenöffnung 11 im Überwachungsabschnitt 12 am nächsten liegt, erfasst wurden, bestimmt die Zustandsänderungseinheit 76, ob das flüssige Material 50 in Schritt 115a entsorgt werden soll. Wenn das flüssige Material 50 in Schritt 115b entsorgt werden soll, richtet die Entsorgungseinheit 78a der Ausstoßzieländerungseinheit 78 mit dem Aktuator 79 und/oder 89 die Düsenöffnung 11 auf den Entsorger 82, führt mit der Antriebseinheit 2 die Entsorgung durch, und die Steuerung kehrt zu Schritt 110 zurück. Wenn das flüssige Material 50 nicht entsorgt werden soll, mischt die Mischeinheit 77 in Schritt 116 das flüssige Material 50 bei einem Druck, unter dem keine Ausstoßung bewirkt wird, um den Zustand des Überwachungsabschnitts 12 zu ändern. Anschließend kehrt die Steuerung zu Schritt 110 zurück.
15(a) zeigt einen Fall, in dem nullpartikelartige Körper 51 erfasst werden, d.h. partikelartige Körper 51 im ersten Bereich 31 nicht erfasst werden. 15(b) zeigt einen Fall, in dem zwei partikelförmige Körper 51 im ersten Bereich 31 vorhanden sind. Der erste Bereich 31 hält flüssiges Material 50 bereit, das als nächstes aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßen wird, und wenn im ersten Bereich 31 null oder zwei oder mehr partikelförmige Körper 51 vorhanden sind, kann durch Entsorgen oder Mischen des flüssigen Materials 50 in den Schritten 115 und 116 verhindert werden, dass ein partikelförmiger Körper 51 das Ziel 81 trifft oder dass zwei oder mehr partikelförmige Körper 51 zugeführt werden.
Zur gleichen Zeit wie Schritt 113a oder ungefähr zur gleichen Zeit, wenn in Schritt 113b in dem zweiten Bereich 32 ein oder mehrere partikelförmige Körper 51 gemessen werden, welcher nach dem ersten Bereich 31 ausgestoßen werden soll, bestimmt die Zustandsänderungseinheit 76 in Schritt 115a, ob das flüssige Material 50 entsorgt werden soll. Wenn das flüssige Material 50 entsorgt werden soll, richtet die Entsorgungseinheit 78a in Schritt 115b die Düsenöffnung 11 mit dem Aktuator 79 und/oder 89 auf den Entsorger 82, führt mit der Antriebseinheit 2 die Entsorgung durch, und die Steuerung kehrt zu Schritt 110 zurück. Wenn das flüssige Material 50 nicht entsorgt werden soll, mischt die Mischeinheit 77 in Schritt 116 das flüssige Material 50 unter einem Druck, bei dem keine Ausstoßung bewirkt wird, um den Zustand im Überwachungsabschnitt 12 zu ändern. Anschließend kehrt die Steuerung zu Schritt 110 zurück.
15(c) zeigt einen Zustand, in dem ein partikelförmiger Körper 51 im ersten Bereich 31 und ein partikelförmiger Körper 51 auch im zweiten Bereich 32 vorhanden ist. Wenn partikelartige Körper 51 in dem an den ersten Bereich 31 angrenzenden zweiten Bereich 32, vorhanden sind, besteht die Möglichkeit, dass die partikelartigen Körper 51 im zweiten Bereich 32 zusammen mit den partikelartigen Körpern 51 im ersten Bereich 31 beim nächsten Ausstoß ausgestoßen werden, was ein Tröpfchen 71 ergeben würde, welches zwei partikelartige Körper 51 enthält, die im nächsten Schritt auf das Ziel 81 ausgestoßen werden würden. In diesem Fall wird der zweite Bereich 32 als Pufferbereich verwendet, und wenn ein partikelförmiger Körper oder mehrere partikelförmige Körper 51 in dem zweiten Bereich 32 enthalten sind, wird das flüssige Material 50 gemischt oder entsorgt, um den Zustand im Überwachungsabschnitts 12 zu ändern und die Ausstoßgenauigkeit weiter zu verbessern.
Wenn in den Schritten 113a und 113b eine Bedingung für das Mischen oder Entsorgen des flüssigen Materials 50 nicht erfüllt ist, verwendet die Ausstoßzieländerungseinheit 78 der Zustandsänderungseinheit 76 in Schritt 114 den Aktuator 79 und/oder 89, um die Düsenöffnung 11 auf das Ziel 81 zu richten, und stößt das flüssige Material 50 des ersten Bereiches 31 mit der Antriebseinheit 2 auf das Ziel 81 aus. Der Fall, in dem eine Bedingung für das Mischen oder Entsorgen des flüssigen Materials 50 in den Schritten 113a und 113b nicht erfüllt ist, bezieht sich auf einen Fall, in dem nur ein partikelförmiger Körper 51 im ersten Bereich 31 und keine partikelförmigen Körper 51 im zweiten Bereich 32 nachgewiesen werden. 15(d) zeigt ein Beispiel für diesen Fall. Da nur ein partikelförmiger Körper 51 in dem Bereich vorhanden ist, der den ersten Bereich 31 und den zweiten Bereich 32, welcher der Pufferbereich ist, enthält, wird in Schritt 114 ein Tröpfchen 71 auf das Ziel 81 ausgestoßen, welches nur einen partikelförmigen Körper 51 enthält.
Nachdem der partikelförmige Körper 51 ausgestoßen wurde, nimmt die Aufnahmeeinheit 75 der Steuereinheit 74 in Schritt 118a unmittelbar nach dem Ausstoßen ein Bild des Tröpfchens auf, sowie nach dem Ausstoßen, für den Überwachungsabschnitt 12 durch die Detektionsvorrichtung 7, das Detektionsergebnis 7a. In Schritt 118b wird bestimmt, ob ein partikelförmiger Körper 51 im ersten Bereich 31 nachgewiesen wurde. Wenn im ersten Bereich 31 kein partikelförmiger Körper 51 nachgewiesen wurde, verwendet die Steuereinheit 74 in Schritt 119 ein Bild des ausgestoßenen Tröpfchens, um zu bestimmen, ob ein partikelförmiger Körper 51 im ausgestoßenen Tröpfchen 71 nachgewiesen wurde. Wird hingegen im ersten Bereich 31 ein partikelförmiger Körper 51 detektiert, bestimmt die Steuereinheit 74, dass ein Tröpfchen 71 mit einem partikelförmigen Körper 51 nicht ausgestoßen wurde. In einem Fall, in dem das Ausstoßen von flüssigem Material 50 auf das Ziel 81 wiederholt werden kann, kehrt in Schritt 120 die Steuerung, ohne das Ziel 81 zu ändern, zu Schritt 110 zurück, wobei die Zustände des Überwachungsabschnitts 12 in Schritt 113a und 113b erneut überprüft werden und in Schritt 114 das Ausstoßen erneut durchgeführt wird.
Wenn in Schritt 119 in dem ausgestoßenen Tröpfchen 71 ein partikelförmiger Körper 51 nachgewiesen wurde, bestimmt die Steuereinheit 74, dass ein Tröpfchen 71 in einem vorbestimmten Zustand, d.h. ein Tröpfchen 71, das einen partikelförmigen Körper 51 enthält, auf das Ziel 81 ausgestoßen wurde, und bestimmt in Schritt 121, ob es ein anderes Ziel 81 gibt, auf das ein partikelförmiger Körper 51 ausgestoßen werden soll. Wurde dagegen im ausgestoßenen Tröpfchen 71 kein teilchenförmiger Körper 51 registriert, bestimmt die Steuereinheit 74, dass kein Tröpfchen 71, mit partikelförmigen Körper 51 auf das Ziel 81 ausgestoßen wurde. In einem Fall, in dem das Ausstoßen von flüssigem Material 50 auf das Ziel 81 wiederholt werden kann, kehrt in Schritt 122 die Steuerung zu Schritt 110 zurück, ohne das Ziel 81 zu ändern; in Schritt 112 werden die Zustände des Überwachungsabschnitts 12 erneut überprüft und in Schritt 114 das Ausstoßen erneut durchgeführt.
Wenn es in Schritt 121 ein anderes Ziel gibt, wird in Schritt 123 das Ziel auf das andere Ziel hin geändert und die Steuerung kehrt zu Schritt 110 zurück. Wenn es in Schritt 121 kein anderes Ziel gibt, endet die Steuerung.
Wenn das Ausstoßen von flüssigem Material 50 wiederholt werden kann, sollte das Volumen Q1, bezogen auf das Volumen q eines aus der Düsenöffnung 11 ausgestoßenen Tröpfchens 71 des ersten Bereichs 31, vorzugsweise die folgende Bedingung (A) erfüllen: $1 \leq Q1/q \leq 1000$
Außerdem sollte das Volumen Q2 des zweiten Bereichs 32 vorzugsweise die folgende Bedingung (B) erfüllen: $1 \leq Q2/q \leq 1000$
Wenn die Konzentration der partikelförmigen Körper 51 in dem flüssigen Material 50 ausreichend niedrig ist oder das Volumen Q1 des ersten Bereichs 31 im Verhältnis zum Volumen q des Tröpfchens 71 groß ist, muss der zweite Bereich 32 nicht vorhanden sein und Schritt 112b kann entfallen.
Im Falle der obigen Bedingung (A) werden die im ersten Bereich 31 vorhandenen partikelförmigen Körper 51 auf das Ziel 81 ausgestoßen oder in Q1/q-Ausstoßungen entsorgt. Dementsprechend kann die Steuerung in den Schritten 114 und 115 zu Schritt 110 zurückkehren und den Zustand des Überwachungsabschnitts 12 nach jedem Ausstoß beurteilen oder nach maximal Q1/q-Ausstoßungen zu Schritt 110 zurückkehren.
Wenn außerdem der Zustand vor dem Ausstoßen die Bedingung nicht erfüllt und das flüssige Material 50 in Schritt 115 zu entsorgen ist, wenn die Konzentration der partikelförmigen Körper 51 im Verhältnis zum Volumen des flüssigen Materials 50 bei einem einzigen Ausstoß zu hoch ist, wird die Anzahl der zu entsorgenden partikelförmigen Körper 51 zunehmen, was leicht zu hohen Kosten führen kann. Ist dagegen die Konzentration der partikelförmigen Körper 51 im Verhältnis zum Volumen des flüssigen Materials 50 pro Einzelausstoß zu niedrig, wird die Entsorgung so oft durchgeführt, bis die Anzahl der partikelförmigen Körper 51 den vorgegebenen Bedingungen entspricht, was es schwierig macht, die Zeit für den Ausstoß auf das Ziel 81 zu reduzieren.
Dementsprechend ist es vorzuziehen, ein Tröpfchen 71 mit dem Volumen q auszustoßen, der bei jedem einzelnen Ausstoß aus der Düsenöffnung 11 die folgende Bedingung erfüllt: $0.0001 \leq D \times q \leq 3 .0$
wobei D die Anzahl der enthaltenen partikelförmigen Körper 51 pro Volumeneinheit des flüssigen Materials 50 darstellt. (Dxq) sollte insbesondere 2,0 oder darunter oder noch bevorzugter 1,0 oder darunter sein. Außerdem sollte (Dxq) vorzugsweise 0,001 oder höher oder noch besser 0,01 oder höher sein.
16 zeigt noch ein weiteres Beispiel für den Ausstoßkopf 10. Das Glasröhrchen 20 dieses Ausstoßkopfes 10 ist mit einem zylindrischen Hohlraum 14 ausgestattet. Das heißt, das Glasröhrchen 20 beinhaltet einen fünften zylindrischen Abschnitt 34, der den Hohlraum 14 auf der Rückseite des ersten zylindrischen Abschnitts 23 und auf der Vorderseite des zweiten zylindrischen Abschnitts 25 bildet. Das piezoelektrische Element 6, das zylindrisch ist, ist über eine Elektrode 6e an einer Oberfläche (Außenfläche) 34b an der Außenseite der zylindrischen Wand 34a des Hohlraums 14 befestigt. Dementsprechend ist es auch in einem sogenannten Gould-Typ Ausstoßkopf 10, bei dem das Glasröhrchen 20 und das zylindrische piezoelektrische Element 6 kombiniert sind, möglich, einen Überwachungsabschnitt 12 zum Erfassen der partikelförmigen Körper 51 zwischen dem Hohlraum 14 und der Düsenöffnung 11 vorzusehen. Da die verbleibende Konstruktion des Ausstoßkopfes 10 mit dem oben beschriebenen Austoßkopf identisch ist, entfällt deren Beschreibung. Auf diese Weise, durch Bereitstellen des Überwachungsabschnitts 12 zwischen dem Hohlraum 14 und der Düsenöffnung 11, unabhängig von der Konstruktion des Hohlraums 14, ist es möglich, ein Tröpfchen 71, welches partikelartige Körper 51 enthält, gemäß einer vorgegebenen Bedingung auf das Ziel 81 selektiv auszustoßen.
Es ist auch möglich, ein Tintenstrahlverfahren thermischer Art zu verwenden, bei dem anstelle des piezoelektrischen Elements 6 ein Heizgerät am Glasröhrchen 20 des Ausstoßkopfes 10 befestigt ist und der Innendruck des Hohlraums 14 durch den Einsatz von Blasen variiert wird. Auch wenn ein Beispiel für einen Steueralgorithmus der Steuereinheit 74 in der obigen Beschreibung erläutert wurde, bei dem ein Tröpfchen 71 ausgestoßen wird, welches einen partikelförmigen Körper 51 enthält, kann der Algorithmus Tröpfchen 71 ausstoßen, welche n partikelförmige Körper 51 enthalten (wobei n eine beliebige ganze Zahl ist).
17 zeigt noch ein weiteres Beispiel für den Ausstoßkopf 10 in einer Querschnittsansicht. Der Hohlraum 14 des Ausstoßkopfes 10 ist in eine Form gegossen, in dem die Wände beiderseits verengt sind und eine zweite Wand 24c, mit einer auf der gegenüberliegenden Seite flachen Außenfläche 24d, die an einer Stelle vorgesehen ist, die der ersten Wand 24a mit der flachen Außenwand 24b, an der das Piezoelement 6 befestigt ist, zugewandt ist (d.h. gegenüberliegt). Im Ausstoßkopf 10 ist ein zweites Piezoelement 8 an der Außenfläche 24d der zweiten Wand 24c befestigt, welches unabhängig vom Piezoelement (erstes Piezoelement) 6 angetrieben wird, welches an der ersten Wand 24a befestigt ist, und zwar an einer Position, die so verschoben ist, dass sie dem ersten Piezoelement 6 nicht in Y-Richtung gegenüberliegt. Es ist möglich, Treiberimpulse 2p1 und 2p2 mit unterschiedlichem Timing, Impulsbreiten, Impulshöhen und dergleichen von der Antriebseinheit 2 zum ersten Piezoelement 6 und zum zweiten Piezoelement 8 zu übermitteln.
Durch Zuführen der Antriebsimpulse 2p1 und 2p2 mit unterschiedlichem Timing oder Ändern der Zeit, in der sich die Piezoelemente 6 und 8 durch die Antriebsimpulse 2p1 und 2p2 verformen (verschieben), ist es beispielsweise möglich, eine Wanderwelle zu erzeugen, die sich vom Hohlraum 14 in Richtung Düsenöffnung 11 ausbreitet, wobei das flüssige Material 50 als das Medium im Ausstoßkopf 10 gehalten wird. Dementsprechend ist es, wie in 18 dargestellt, möglich, die im zweiten Bereich 32 vorhandenen partikelförmigen Körper 51 in Richtung des ersten Bereichs 31 und weiter auf die Düsenöffnung 11 hin mit der Wanderwelle zu bewegen. Dabei ist zu beachten, dass das erste piezoelektrische Element 6 und das zweite piezoelektrische Element 8 an der ersten Wand 24a und der zweiten Wand 24c in Y-Richtung einander zugewandt befestigt werden können oder an einer der beiden Wände, erster oder zweiter Wand 24a,24c an Positionen befestigt werden können, die in Längsrichtung 9z verschoben sind.
Es ist zu beachten, dass, wie in 18 dargestellt, die Bereiche 31 bis 33 innerhalb des Überwachungsabschnitts 12 radial (d.h. bogenförmig) von der Düsenöffnung 11 zum Hohlraum 14 hin voneinander getrennt werden können. Obwohl die Bereiche 31 bis 33 so gebildet sind, dass sie konvexe Grenzen von der Düsenöffnung 11 bis zum Hohlraum 14 aufweisen, ist es auch möglich, konvexe Grenzen vom Hohlraum 14 bis zur Düsenöffnung 11 zu setzen. Die Formen der Grenzen 31 bis 33 können je nach Ausstoßverfahren, wie dem Push-Type-Verfahren oder dem Pull-Type-Verfahren, oder nach Zuständen, wie der Form oder dergleichen, des Überwachungsabschnitts 12 und/oder der Düsenöffnung 11, geändert werden.
Es ist zu beachten, dass die Ziele für das Ausstoßen der partikelförmigen Körper 51 und des flüssigen Materials 50 bekannte Experimentier- und Testgeräte wie eine Mikroplatte (gebohrte Mikroplatte), eine Glasplatte, ein Reagenzglas oder eine Petrischale sowie Analysegeräte wie ein DNA-Microarray (DNA-Chip) beinhalten, bei denen eine große Anzahl von DNA-Fragmenten mit hoher Dichte auf einer Platte aus Kunststoff, Glas oder dergleichen angeordnet ist.
Obwohl ein Beispiel, das einen Aktuator als Piezoelement verwendet, in der obigen Beschreibung erläutert wurde, kann der Aktuator, der den Innendruck des Hohlraums variiert, eine Heizung sein, die mittels Wärme Blasen im Hohlraum erzeugt. Als Aktuator ist jedoch ein Piezoelement vorzuziehen, da ein Piezoelement in der Lage ist, den Druck im Hohlraum durch mechanische Kraft mit geringer thermischer Wirkung auf die Flüssigkeit und die darin enthaltenen partikelförmigen Körper zu verändern. Hinzu kommt, dass obwohl der Aktuator in der obigen Beschreibung durch Antriebsimpulse für das Push-Type-Verfahren angetrieben wird, auch das Pull-Type-Verfahren verwendet werden kann. Das Push-Type-Verfahren kann das Einziehen des Meniskus von der Düsenöffnung bis zum Überwachungsabschnitt unterdrücken, was die Stabilisierung des Zustands im Überwachungsabschnitt 12 erleichtert. Das bedeutet, dass beim Ausstoß von Flüssigkeiten, welche partikelartige Körper beinhalten, die einer vorgegebenen Bedingung entsprechen, ein Abfall der Ausstoßgenauigkeit durch die Einbeziehung einer unerwarteten Anzahl von partikelartigen Körpern unterdrückt werden kann.

Claims

Ausstoßvorrichtung (1) mit einem Ausstoßkopf (10), der ein flüssiges Material (50) aus einer mit einem Hohlraum (14) verbundenen Düsenöffnung (11) ausstößt, indem er einen Innendruck des Hohlraums unter Verwendung eines Aktuators (6) ändert, wobei der Ausstoßkopf einen Überwachungsabschnitt (12) aufweist, der lichtdurchlässig ist und zwischen dem Hohlraum und der Düsenöffnung vorgesehen ist, und die Ausstoßvorrichtung ferner umfasst: eine Detektionsvorrichtung (7), die eine Bildaufnahmeeinheit (102) aufweist, die eine Bilderkennung an partikelförmigen Körpern (51) durchführt, welche in dem flüssigen Material enthalten sind, unter Verwendung von Licht, um ein Ergebnis (7a) zu erfassen, das in einer Anzahl und/oder Form von partikelförmigen Körpern besteht, die in dem flüssigen Material in dem Überwachungsabschnitt des Ausstoßkopfes enthalten sind; und eine Steuervorrichtung (74), die einen Zustand der in dem flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper in dem Überwachungsabschnitt ändert, indem sie den Aktuator gemäß dem erfassten Ergebnis der Detektionsvorrichtung ansteuert.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Überwachungsabschnitt einen abgeflachten Abschnitt aufweist, wo sich ein Querschnitt eines Strömungsweges (9z) vom Hohlraum zur Düsenöffnung des Ausstoßkopfes wie abgeflacht in einer ersten Richtung (9x) erstreckt, wobei der abgeflachte Abschnitt die partikelförmigen Körper in der ersten Richtung verteilt.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ausstoßkopf mit einem zylindrischen Überwachungsabschnitt ausgestattet ist.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ausstoßkopf mit einem zylindrischen Hohlraum ausgestattet ist.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausstoßkopf mit einer zylindrischen Düsenöffnung ausgestattet ist.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Innendurchmesser der Düsenöffnung 15-200 µm beträgt.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Düsenöffnung so abgeflacht ist, dass sie sich in die erste Richtung erstreckt.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Überwachungsabschnitt das auszustoßende flüssige Material gleich neben der Düsenöffnung enthält.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuervorrichtung eine Kopfsteuerung (74a) aufweist, und die Kopfsteuerung eine Funktion (75) zum Erfassen des detektierten Ergebnisses der Detektionsvorrichtung und eine Funktion (76) beinhaltet, die den Zustand der in dem flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper im Überwachungsabschnitt gemäß dem detektierten Ergebnis ändert.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion (77) zum Mischen des flüssigen Materials im Überwachungsabschnitt gemäß dem detektierten Ergebnis beinhaltet, ohne dass das flüssige Material aus der Düsenöffnung ausgestoßen wird.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Funktion (77) das flüssige Material nicht ausstößt, sondern den Zustand der partikelförmigen Körper in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt ändert, wenn gemäß dem detektierten Ergebnis der Detektionseinheit die Anzahl und/oder Form der partikelförmigen Körper, die in dem flüssigen Material unmittelbar vor dem Ausstoß enthalten sind, nicht eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion (78) aufweist, die ein Ausstoßziel des flüssigen Materials auf Grund des Detektionsergebnisses ändert.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Funktion (78) das flüssige Material auf ein vorbestimmtes Ziel ausstößt, wenn gemäß dem detektierten Ergebnis der Detektionseinheit die Anzahl und/oder Form der in dem flüssigen Material unmittelbar vor dem Ausstoß enthaltenen partikelförmigen Körper eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Funktion, die das Ausstoßziel ändert, eine Funktion enthält, die das flüssige Material entsorgt.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, die das flüssige Material mischt oder entsorgt, wenn das detektierte Ergebnis hinsichtlich der Flüssigkeit, die als nächstes aus der Düsenöffnung auszustoßen ist, null oder zwei oder mehr partikelförmige Körper enthält.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Funktion das flüssige Material entsorgt, wenn das detektierte Ergebnis hinsichtlich der Flüssigkeit, die als nächstes aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden soll, null oder zwei oder mehr partikelförmige Körper beinhaltet.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Überwachungsbereich einen ersten Bereich (31) aufweist, der eine Menge an flüssigem Material enthält, die als nächstes aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden soll.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Überwachungsbereich einen zweiten Bereich (32) aufweist, der eine Menge an flüssigem Material hält, welche als zweites aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden soll.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Überwachungsbereich einen dritten Bereich (33) aufweist, der eine Menge an flüssigem Material enthält, die als drittes aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden soll.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Überwachungsbereich einen zweiten Bereich (32) auweist, der ein Pufferbereich ist.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Überwachungsbereich einen zweiten Bereich (32) aufweist und die Steuervorrichtung eine Funktion beinhaltet, die das flüssige Material des Überwachungsabschnitts mischt oder entsorgt, wenn ein partikelförmiger Körper oder partikelförmige Körper in dem zweiten Bereich enthalten sind.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der Überwachungsabschnitt einen ersten Bereich (31) aufweist, der mit der Düsenöffnung verbunden ist, sowie einen zweiten Bereich (32), der dem ersten Bereich folgt, wobei die Detektionsvorrichtung das Ergebnis hinsichtlich des ersten Bereichs des Überwachungsabschnitts sowie das Ergebnis hinsichtlich des zweiten Bereichs erfasst, und die Steuervorrichtung betreibbar ist, wenn das detektierte Ergebnis hinsichtlich des ersten Bereichs außerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Zustands liegt oder wenn das detektierte Ergebnis hinsichtlich des zweiten Bereichs außerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten Zustands liegt, um den Zustand der partikelartigen Körper zu ändern, die in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt enthalten sind.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Steuervorrichtung nicht zum Mischen oder Entsorgen des flüssigen Materials betreibbar ist, wenn nur ein partikelförmiger Körper in dem ersten Bereich und keine partikelförmigen Körper in dem zweiten Bereich detektiert werden.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Steuervorrichtung angewendet wird, um ein Tröpfchen (71), das nur einen partikelförmigen Körper enthält, zu einem Ziel hin auszustoßen, wenn nur ein partikelförmiger Körper in dem Bereich, der den ersten und den zweiten Bereich enthält, vorhanden ist,.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Steuervorrichtung einen Steueralgorithmus zum Ausstoßen von Tröpfchen (71) umfasst, die n partikelförmige Körper beinhalten.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Steuervorrichtung einen Steueralgorithmus zum Ausstoßen eines Tröpfchens (71) umfasst, das einen partikelförmigen Körper beinhaltet.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Steuervorrichtung einen Algorithmus aufweist, für einen Fall, in dem ein Tröpfchen (71), das nur einen partikelförmigen Körper enthält, auf ein Ziel ausgestoßen wird.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Aktuator ein Piezoelement ist, und die Steuervorrichtung eine Antriebsvorrichtung (2) aufweist, die dem Piezoelement Antriebsimpulse von einem Push-Typ übermittelt, wenn das flüssige Material ausgestoßen werden soll.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 28, wobei sich das Piezoelement beim Anlegen einer Spannung verformt und, wenn eine Spannung angelegt wird, den Druck im Hohlraum erhöht, wodurch ein Tröpfchen (71) ausgestoßen wird.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei die Steuervorrichtung zum Bewegen die Detektionsvorrichtung verwendet und die Antriebsvorrichtung zum Steuern des Piezoelements und: (i) ein zweiter Aktuator (79) den Ausstoßkopf 10 bewegt oder verschiebt; und/oder (ii) ein dritter Aktuator (89), einen Tisch (83) bewegt oder verschiebt, welcher eine Vielzahl von Zielen (81a bis 81c) trägt, auf die der Ausstoßkopf ein oder mehrere Tröpfchen (71) ausstößt.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Steuervorrichtung eine Kopfsteuerung (74a) aufweist, und die Kopfsteuerung eine Funktion (75) zum Erfassen des detektierten Ergebnisses der Detektionsvorrichtung und eine Ausstoßzieländerungseinheit (78) aufweist, die das Piezoelement und die Aktuatoren (79) und/oder (89) steuert, um das flüssige Material auf ein vorgegebenes der Ziele auszustoßen, wenn, gemäß dem Detektionsergebnis der Detektionseinheit, die Anzahl und/oder Form oder dergleichen der in dem flüssigen Material enthaltenen partikelförmigen Körper unmittelbar vor dem Ausstoß eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, wobei die Steuervorrichtung eine Kopfsteuerung (74a) aufweist, und die Kopfsteuerung eine Funktion (75) zum Erfassen des detektierten Ergebnisses der Detektionsvorrichtung und eine Entsorgungseinheit (78a) aufweist, die das Piezoelement und die Aktuatoren (79) und/oder (89) steuert, um das flüssige Material in einen Entsorger (82) zu entsorgen und den Zustand des Überwachungsabschnitts zu ändern.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 32, wobei die Steuervorrichtung eine Kopfsteuerung (74a) beinhaltet, und die Kopfsteuerung eine Funktion (75) zum Erfassen des detektierten Ergebnisses der Detektionsvorrichtung und eine Mischeinheit (77) beinhaltet, die das Piezoelement in einem Ausmaß antreibt, in dem das flüssige Material nicht ausgestoßen wird, sondern den Zustand der partikelförmigen Körper im flüssigen Material des Überwachungsabschnitts ändert, wenn, gemäß dem detektierten Ergebnis der Detektionseinheit, die Anzahl und/oder der Zustand der partikelförmigen Körper, die unmittelbar vor dem Ausstoß in dem flüssigen Material enthalten sind, keine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei der Aktuator an der Außenseite einer Wand (24a) des Hohlraums befestigt ist.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei der Aktuator ein zylindrisches piezoelektrisches Element ist, das über eine Elektrode (6e) an einer Oberfläche (34b) an der Außenseite einer zylindrischen Wand (34a) des Hohlraums befestigt ist.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, wobei der Ausstoßkopf ein rohrförmiges Element (20) umfasst, das das flüssige Material enthält und zum Teil so geformt ist, dass es den Hohlraum bildet, dessen Innendruck durch einen an einer Außenseite befestigten Aktuator variiert wird, wobei die Düsenöffnung an einem Ende des rohrförmigen Elementes vorgesehen ist, wobei der Überwachungsabschnitt zwischen dem Hohlraum und der Düsenöffnung des Rohrelements vorgesehen ist.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 36, wobei das rohrförmige Element eines aus der Gruppe Glasrohr, Harzrohr und Keramikrohr ist und lichtdurchlässig ist.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, die einen Ausstoßkopf beinhaltet, der mit einem Glasrohr (20) ausgestattet ist, das ein rohrförmiges Element darstellt.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Änderung eines Zustands die Bewegung oder Entsorgung des flüssigen Materials im Überwachungsabschnitt darstellt, wenn ein oder mehrere Partikel im zweiten Bereich enthalten sind.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, wobei die Form der partikelförmigen Körper ein äußeres Erscheinungsbild aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Durchmesser, Größe, Form, Muster und Farbe.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, wobei das Detektionsergebnis die Anzahl der partikelartigen Körper beinhaltet, die in dem flüssigen Material im Überwachungsabschnitt enthalten sind.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, wobei der Durchmesser der partikelförmigen Körper 10µm oder mehr beträgt.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, wobei der Durchmesser der partikelförmigen Körper unter 10µm liegt.
Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 43, wobei der Durchmesser der partikelförmigen Körper unter 5µm liegt.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44, wobei die partikelförmigen Körper Zellen sind.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, wobei die Bildaufnahmeeinheit eine Kamera ist, die mit einem Bildaufnahmeelement und einer optischen Linse ausgestattet ist, und einen Bildverarbeitungsmechanismus (103) aufweist, der ein von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenes Bild verarbeitet.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 46, aufweisend eine separate Bildaufnahmeeinheit, die ein Bild der aus der Düsenöffnung ausgestoßenen Flüssigkeit erfasst.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 47, wobei der Überwachungsabschnitt einen Bereich (31, 32, 33) aufweist, zum Bereithalten des als nächstes aus der Düsenöffnung auszustoßenden flüssigen Materials, und die Steuervorrichtung eine Funktion (78) aufweist, die ein Ausstoßziel des flüssigen Materials aufgrund des detektierten Ergebnisses des flüssigen als nächstes aus der Düsenöffnung auszustoßenden Materials, ändert.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 47, wobei der Überwachungsabschnitt einen Bereich (31, 32, 33) zum Bereithalten des als nächstes aus der Düsenöffnung auszustoßenden flüssigen Materials enthält, und die Steuervorrichtung eine Funktion (78a) aufweist, die das flüssige Material entsorgt, wenn das detektierte Ergebnis hinsichtlich des als nächstes aus der Düsenöffnung auszustoßenden flüssigen Materials, nicht einer vorgegebenen Bedingung genügt.
Ausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 47, wobei der Überwachungsabschnitt einen Bereich zum Bereithalten des als nächstes aus der Düsenöffnung auszustoßenden flüssigen Materials aufweist, und die Steuervorrichtung eine Funktion (78a) aufweist, die das flüssige Material entsorgt, wenn das als nächstes aus der Düsenöffnung auszustoßende flüssige Material null oder zwei oder mehr partikelförmige Körper enthält.