分注器および薬液の分注方法
【課題】 特殊な機構を用いることなく、ｎＬレベルの液を分注可能な分注器等を提供する。
【解決手段】 シリンダ３は、一方が開口した筒状の部材であり、下端の略中央にノズル１９が設けられる。シリンダ３の内部が液体を保持する液室２７となる。液室２７に面したシリンダ３の内面側には、圧力センサ２３が設けられる。圧力センサ２３は、液室２７内部の液体の圧力を測定可能である。シリンダ３の開口部側からは、加圧部５が挿入される。加圧部５は、液室２７内部の圧力を加圧する部位である。加圧部５の内部には、下端が孔１７から突出するようにバルブ７が設けられる。バルブ７は、ノズル１９の軸上に形成された部材であり、ノズル１９の開閉を行う部位である。シリンダ３に対して、加圧部５およびバルブ７は、同一軸方向にそれぞれ個別に移動することが可能である。
【解決手段】 シリンダ３は、一方が開口した筒状の部材であり、下端の略中央にノズル１９が設けられる。シリンダ３の内部が液体を保持する液室２７となる。液室２７に面したシリンダ３の内面側には、圧力センサ２３が設けられる。圧力センサ２３は、液室２７内部の液体の圧力を測定可能である。シリンダ３の開口部側からは、加圧部５が挿入される。加圧部５は、液室２７内部の圧力を加圧する部位である。加圧部５の内部には、下端が孔１７から突出するようにバルブ７が設けられる。バルブ７は、ノズル１９の軸上に形成された部材であり、ノズル１９の開閉を行う部位である。シリンダ３に対して、加圧部５およびバルブ７は、同一軸方向にそれぞれ個別に移動することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にｎＬ（ナノリットル）レベルの液量の分注に適した分注器等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、少量の薬液を薬液容器から取り出して、所望のウェル等に注入するために分注器が用いられる。このような分注器としては、通常、数μＬ以上の流量の液滴をノズルから吐出することが可能なものが多く用いられている。
【０００３】
なお、液滴をノズルからウェル内に落下させずに、分注器のノズル先端に凸状の液滴を形成してウェルの壁面に付着させる方法がある。しかし、この方法では、ウェル内部の液がノズルに付着して、液が混ざる恐れがある。このため、より精度よく薬液を分注するためには、必要な液量の液滴をノズル先端より吐出（噴出）させる必要がある。
【０００４】
一方、高価な薬液を効率良く使用して、微細なウェル内に薬液を分注するためには、従来よりも微小な液量の分注が可能な分注器が必要となる。
【０００５】
微小な液量の分注が可能な分注器としては、例えば、印刷機のインクジェットプリンターに用いられる圧電素子を用い、圧電素子によって振動板を数ｋＨｚから数ＭＨｚの振動数で振動させ、振動板の振動に伴う圧力によって、液体を吐出する方法がある（特許文献１）。
【０００６】
また、レーザを用い、光吸収体にチップ外部からレーザを照射して加熱することで、光吸収体に接した液体を蒸発および膜状に膨張させ、膨張に伴う圧力によって液体を吐出する方法がある。
【０００７】
また、分注用ノズルと基板の間に正極性の高電圧をかけ、静電誘導によってノズル先端の液にプラスの電荷を付与するとともに基板側にマイナスの電荷を付与し、両者の間の静電吸引力によって液を基板側に飛ばす方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１１４５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のような方法は、いずれもｐＬ（ピコリットル）からｆＬ（フェムトリットル）レベルの分注を意図したものであり、極めて高価である。また、液量が非常に少ないことから、液滴の計測が困難であり、正確に制御することが困難である。一方、従来の分注器としては、ｎＬ(ナノリットル)レベル（例えば数１０ｎＬ〜１０００ｎＬ程度の液）の液を効率良くかつ精度よく分注可能なものは存在しなかった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、特殊な機構を用いることなく、ｎＬレベルの液を精度よく分注可能な分注器等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達するために第１の発明は、端部にノズルを有し、内部に液室を有するシリンダと、前記シリンダ内部に設けられ液室に対して往復動作可能な加圧部と、前記ノズルの軸上に形成され、前記加圧部と同一方向に単独で往復動作可能な前記ノズルの開閉を行うバルブを具備し、前記液室には前記液室の内部の液体の圧力を測定可能な圧力センサが設けられ、前記バルブを閉じた状態で、前記加圧部で前記液室の内部の液体に所定の圧力を付与し、前記バルブを動作させることで、所定量の液体を前記ノズルより吐出させることが可能であることを特徴とする分注器である。
【００１２】
前記シリンダには前記液室と外部とに連通する部位にエア抜き部が設けられ、前記エア抜き部は、前記液室の内部の液体は透過せず前記液室の内部の気体が透過可能な微小な孔を有することが望ましい。
【００１３】
前記ノズルは前記シリンダの中心から偏心した位置に形成され、前記シリンダの内部に設けられる前記バルブの内部には下方が開口した筒状部が形成され、前記筒状部の縁部が前記ノズルの上部に位置して前記ノズルの開閉が可能であり、前記加圧部は前記バルブの内部に設けられ、前記筒状部において前記加圧部の端部が軸方向に移動可能であり、前記筒状部の内部の液室を加圧可能としてもよい。
【００１４】
前記バルブおよび前記加圧部は、電磁コイルとばねによって往復動作可能であるが、前記バルブおよび前記加圧部は、モータによって往復動作可能であってもよい。前記バルブ、前記加圧部、前記シリンダのそれぞれの接触部の一部と、前記バルブの端部にはシール部材が設けられることが望ましい。
【００１５】
第１の発明によれば、バルブを閉じた状態で加圧部によって液室内部の液体に圧力を付与し、バルブを開くことで液室内部の圧力に応じた液量の液滴をノズルから吐出することができる。したがって、極めて簡易な構造で精度よく微小な液量の液滴を吐出することができる。
【００１６】
また、液滴が液室内部の加圧によってノズルより吐出するため、液滴がノズル先端に付着することなく、ウェル等に注入することができる。また、液室内部の圧力は圧力センサによって制御されるため、精度よく吐出液量を制御することができる。
【００１７】
また、液室と外部との間にエア抜き部が設けられ、エア抜き部が液体を透過させずに気体のみが透過可能な微細な連通孔（例えば１００ｎｍオーダから数μｍ）の孔径を有することで、液室内部のエア抜きを行うことができる。このため、液室内部の圧力を精度よく制御することができる。
【００１８】
また、バルブを筒状にして、バルブ内部に加圧部を設けることで、加圧対象の液室の断面積を小さくすることができる。このため、同一液量であれば、液室の高さを高くすることができ、液室内の液体の加圧の際に、加圧部の移動量を大きくすることができる。このため、加圧部の移動量の制御が容易となり、より精度よく液室内の加圧が可能となる。
【００１９】
なお、このような加圧部の制御は、電磁コイルおよびばね、あるいは空気圧によって行うことができる。または、サーボモータ等のモータによって行うこともできる。また、バルブ、加圧部、シリンダのそれぞれの接触部の一部にシール部材を設け、さらにバルブの端部（ノズルとの接触部）にシール部材を設けることで、液漏れを防止することができる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明にかかる分注器を用い、前記バルブと前記加圧部を前記シリンダ内に押し込む方向に移動させた状態で、ノズル先端を薬液に浸漬させ、前記バルブを開くとともに前記加圧部を上方に移動させて薬液を液室に吸引し、前記バルブを閉じ、前記圧力センサに前記液室内部の圧力が所定値となるように前記加圧部によって前記液室内の薬液を加圧し、前記バルブを開くことで、前記液室内部の数１０ｎＬ〜１０００ｎＬの薬液を前記ノズルから吐出することを特徴とする薬液の分注方法である。
【００２１】
第２の発明によれば、特に従来困難であった数１０ｎＬ〜１０００ｎＬの薬液の分注を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、特殊な機構を用いることなく、ｎＬレベルの液を精度よく分注可能な分注器等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】分注器１を示す断面概略図。
【図２】分注器１の動作を示す図で、（ａ）は加圧部およびバルブを再下端に位置した状態を示す図、（ｂ）は薬液を吸引する状態を示す図。
【図３】分注器１の動作を示す図で、（ａ）はバルブを閉じた状態を示す図、（ｂ）は加圧部によって薬液を加圧する状態を示す図。
【図４】分注器１の動作を示す図で、（ａ）はバルブを開いた状態を示す図、（ｂ）はバルブを閉じた状態を示す図。
【図５】分注器３０を示す断面概略図。
【図６】分注器３０の動作を示す図で、（ａ）は加圧部およびバルブを再下端に位置した状態を示す図、（ｂ）は薬液を吸引する状態を示す図。
【図７】分注器３０の動作を示す図で、（ａ）はバルブを閉じた状態を示す図、（ｂ）は加圧部によって薬液を加圧する状態を示す図。
【図８】分注器３０の動作を示す図で、（ａ）はバルブを開いた状態を示す図、（ｂ）はバルブを閉じた状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は分注器１を示す断面概略図である。分注器１は、主にシリンダ３、加圧部５、金属製のバルブ７、駆動用の電磁コイル９、１１およびばね１２、１５等から構成される。
【００２５】
シリンダ３は、一方が開口した筒状の部材であり、下端の略中央にノズル１９が設けられる。シリンダ３の内部が液体を保持する液室２７となる。ノズル１９は、液体が吐出される部位である。ノズル１９は液室２７と連通し、微細な孔（例えば２０μｍ程度×１０ｍｍ長）により形成される。なお、以下の説明において、ノズル１９の形成方向を分注器の軸方向と称する。
【００２６】
シリンダ３の底部の一部には、エア抜き部２１が設けられる。エア抜き部２１は、液室２７と外部とを連通するように形成される。エア抜き部２１は、例えばセラミックス等により形成され、連通孔を有する多孔質体である。エア抜き部２１の連通孔は例えば数μｍ程度である。このため後述する加圧部によって液室内部の液体を加圧した際に、液体はエア抜き部２１を透過することができない。一方、エア等の気体はエア抜き部２１を透過させることが可能である。
【００２７】
液室２７に面したシリンダ３の内面側には、圧力センサ２３が設けられる。圧力センサ２３は、液室２７内部の液体の圧力を測定可能である。
【００２８】
シリンダ３の開口部側（図中上方）からは、加圧部５が挿入される。加圧部５は、液室２７内部の圧力を加圧する部位である。加圧部５は内部が中空であり、下部に孔１７が設けられる。加圧部５の上部外周には電磁コイル９が設けられる。また、加圧部５の外面の肩部には、金属板６が設けられる。金属板６は例えば鉄板などの強磁性体である。金属板６は、電磁コイル９により生じる磁力で電磁コイル９方向（上方）に吸引される。金属板６と電磁コイル９との間にはばね１２が設けられる。ばね１２により、加圧部５は常に下方に付勢される。したがって、電磁コイル９を動作させることで、加圧部５を軸方向（図中上下方向）に往復移動させることができる。
【００２９】
なお、加圧部５の下方への推進力（加圧力）は、ばね以外にも、エアなどを用いたその他の駆動源により得てもよく、加圧部５を所定の加圧力で下方に移動させることができればいずれの構造であってもよい。また、加圧部５の加圧力を、圧力センサ２３により計測された液室２７内部の圧力に応じて制御してもよい。すなわち、電磁コイル９などの駆動源によって、液室２７内部の液体の圧力が所望の圧力となるように制御できればよく、例えば、図示を省略した制御部で加圧部５を動作させてもよい。
【００３０】
加圧部５の内部には、下端が孔１７から突出するようにバルブ７が設けられる。バルブ７は、ノズル１９の軸上に形成された部材であり、ノズル１９の開閉を行う部位である。バルブ７の上方にはフランジ１３が設けられる。例えば、フランジ１３はバルブ７の上部外周に形成され、径方向に突出した部位である。フランジ１３の上部には、バルブ７の軸方向にガイド部１４が設けられる。ガイド部１４の上部は加圧部５の内部の軸方向に形成された中空部に挿入される。したがって、ガイド部１４によって、バルブ７は軸方向にまっすぐに移動することができる。なお、ガイド部１４は、電磁コイル１１によって影響を受けない例えば樹脂製である。
【００３１】
加圧部５の内部の中空部であってガイド部１４の外周には電磁コイル１１が設けられる。電磁コイル１１とフランジ１３との間には、ばね１５が設けられる。ばね１５は、電磁コイル１１に対してバルブ７を軸方向の下方（バルブ７が閉じる方向）に付勢する。
【００３２】
なお、ノズル１９の直上（シリンダ３の内面）にバルブ７の下面がシリンダ３の内底面に接触した状態をノズル１９が閉じた状態と称する。また、バルブ７の端面とノズル１９との間に隙間を形成した状態をバルブ７が開いた状態と称する。
【００３３】
前述のように、ばね１５によって、バルブ７はノズル１９を閉じる方向に付勢されるが、電磁コイル１１を駆動することで、バルブ７のフランジ１３を電磁コイル１１側（上方）に移動させることができる。すなわち、電磁コイル１１によって、ばね１５による力に打ち勝って、バルブ７を上方（バルブ７が開く方向）に移動させることができる。したがって、電磁コイル１１を動作させることで、バルブ７を軸方向（図中上下方向）に往復移動させることができる。なお、バルブ７も加圧部５と同様に、ばね以外の構造によって移動させてもよい。
【００３４】
加圧部５の側部には、孔４が設けられる。孔４を介して、電磁コイル１１はシリンダ３に固定される。ここで、電磁コイル１１は、加圧部５に固定されずにシリンダに直接固定されているので、加圧部５の位置によらず、シリンダ３に対して常に一定の位置に固定される。したがって、シリンダ３に対して、加圧部５およびバルブ７は、同一軸方向にそれぞれ個別に移動することが可能である。なお、電磁コイル９も電磁コイル１１と同様、図示を省略した構造でシリンダ３に固定される。
【００３５】
シリンダ３内面と加圧部５の外周面の摺動面には、シール部材２５ａが設けられる。同様に、加圧部５（孔１７）内面とバルブ外周面との間の摺動面にはシール部材２５ｂが設けられる。また、バルブ７の下端面（ノズル１９との接触部）にはシール部材２５ｃが設けられる。各シール部材によって、それぞれの部材の摺動部等から液が漏れだすことが防止される。なお、シール部材としては、通常のゴムパッキン等を用いることができる。また、磁性流体を用いて液体によってシールすることもできる。磁性流体シールを用いれば、シリンダ３に対する加圧部５の移動抵抗や、加圧部５に対するバルブ７の移動抵抗を小さくすることができ、より正確な動作制御を行うことができる。
【００３６】
次に、分注器１の動作について説明する。図２〜図４は分注器１の動作を示す図で、分注器１の使用状態を示す図である。
【００３７】
まず、図２（ａ）に示すように、加圧部５およびバルブ７の両者をそれぞればね１２、１５によって下方に移動させる（図中矢印Ａ、Ｂ方向）。すなわち、電磁コイル９、１１を駆動させずに、ばね１２、１５の力でバルブ７と加圧部５とがシリンダ３内に押し込まれる方向に移動させる。この状態では、液室が閉塞され、バルブ７が閉じた状態となる。この状態で、ノズル１９の先端を薬液２９（例えば薬液容器内の薬液）に浸漬する。
【００３８】
次に、図２（ｂ）に示すように、電磁コイル１１によってバルブ７を上方に移動させ（図中矢印Ｄ方向）、バルブ７を開くとともに、電磁コイル９によって加圧部５を同様の方向（図中矢印Ｃ方向）に移動させる。加圧部５が上方に移動することで液室２７内が負圧となる。また、バルブ７が開くため、ノズル１９の先端と液室２７とが連通する。このため、薬液２９を液室２７内に吸引することができる。なお、薬液の吸引量は適宜設定されるが、例えば４μＬ程度とすることができる。
【００３９】
また、バルブ７の移動量は、加圧部５の移動量に対して小さくて良い。すなわち、バルブ７は、閉塞状態のノズル１９に対して薬液の流路を確保できる程度の移動量で良い。一方、加圧部５は、吸引する薬液量に応じて移動量が設定される。この場合、図示を省略した位置センサ等によって、加圧部５の移動量を制御してもよい。
【００４０】
薬液２９が液室２７に吸引されると、次に、図３（ａ）に示すように、電磁コイル１１の駆動を停止し、ばね１５によって、バルブ７のみを下方（図中矢印Ｂ方向）に移動させる。これにより、バルブ７が閉じられる。したがって、薬液２９が液室２７に封じ込められる。この時、例えば、ノズル１９の先端を薬液容器内の薬液２９に浸漬したままの状態でバルブ７の下方への移動が行なわれることから、液室に吸引した薬液が、バルブ７の下方への移動により、極僅かに薬液容器内に戻されることになる。ここで、バルブ７の直径は、液室２７を形成するシリンダ３の内径，たとえば約５ｍｍに比べると、１／１０から１／５０程度であるため、液室２７に戻される薬液の量は極微量になる。
また、ここで、図２（ｂ）に示すバルブと加圧部の移動による薬液の吸引を、分注器を上方に移動しながら行なうか、あるいはバルブをノズルの上面から離れた後で電磁力を切り替えて２段で行なうことにより、薬液の液下面をノズルの先端部より上方まで移動させることで、これに続く、図３（ａ）に示す薬液閉じ込め時のバルブの下方移動による薬液の移動量がノズル内に収まるようにして、薬液のノズル先端からの流出を防止することもできる。
【００４１】
次に、分注器をノズルの先端が薬液容器から離れるように上方に移動させる、あるいは移動させた状態で、図３（ｂ）に示すように、バルブ７が閉じた状態のまま、電磁コイル９の駆動を停止し、ばね１２によって、加圧部５を下方（図中矢印Ａ方向）に移動させる。この際、電磁コイル１１はシリンダ３に固定されているため、シリンダ３に対するバルブ７の位置が固定された状態で、加圧部５のみを移動させることができる。このとき、バルブ７が閉じた状態であることから、液室２７の薬液２９が加圧される。また、液室２７内部に気体が残留する場合には、気体がエア抜き部２１より外部に放出される（図中矢印Ｅ方向）。
【００４２】
なお、液室２７内の加圧の際、例えば、分注器１を上下反転して逆さまにするか、あるいは９０度回転するなどして、分注器を逆さまにするか、９０度回転した状態で気体が液室の上部に集まるようにすることが望ましい。このようにすることで、確実に液室２７内部の気体をエア抜き部２１より外部に抜くことができる。気体は液体よりも軽く、液室２７内部の上方に溜まるためである。また、エア抜き部２１は液体が透過しないため、気体のみを効率良く外部に排出することができる。
【００４３】
なお、液室２７内部の気体が放出され、内部が薬液２９で満たされた状態において、加圧部５によって加圧された液室２７内部の圧力は圧力センサ２３によって検知される。圧力センサ２３によって検知される薬液２９の圧力が所定値となるようにばね１２等によって加圧される。すなわち、ばね１２等の加圧手段によって、液室２７内部の圧力が所定圧力で保持される。この状態で、加圧部５の位置が固定される。
【００４４】
なお、圧力センサ２３によって、液室２７内部の気体の残留を検知してもよい。すなわち、加圧部５の移動量に対する圧力変化から、液室２７内部が液体で満たされているかどうかを判断してもよい。
【００４５】
次に、分注器１のノズル１９先端を、例えば薬液注入先のウェル上方に配置する。この状態で、図４（ａ）に示すように、バルブ７を上方に移動させ（図中矢印Ｄ方向）、バルブ７を開く。この際、バルブ７の移動によりノズル１９が開くことに伴い、加圧部５が必要以上に下方に移動しないように、シリンダ３に対する加圧部５の位置を図示しない制御手段で所定位置に制御した状態で、バルブ７のみを極短時間だけ上方移動させてノズルの先端から、所定のウェルに薬液を注入する。
【００４６】
この際、バルブ７が開くことで、加圧された薬液２９がノズル１９より吐出する（図中矢印Ｆ方向）。この際、薬液２９はある程度の勢いでノズル先端から吐出するため、ノズル１９先端に薬液が付着して凸状の液滴となることがなく、ウェル内に所定の量の薬液２９を確実に注入することができる。
【００４７】
なお、薬液２９の吐出量は、バルブ７の開放前の液室２７内部の圧力によって調整される。例えば、より多くの吐出量を得るためには、液室２７の加圧量を大きくし、液室２７内部の圧力をより高めればよい。バルブ７を開く際、バルブ７が上昇することにより、バルブ７の下部に薬液２９の流路が形成される。このため、液室２７のみかけの体積が増加する。したがって加圧部５の加圧量の制御は、この体積増加分も考慮して決定される。
【００４８】
また、バルブ７が開放して薬液２９を吐出させる際に、加圧部５が下方に移動すると、加圧部５の移動量に応じて液室２７の体積が減少し、加圧部５によって薬液２９が押し出されてしまう。このため、以上のように加圧部５の加圧量を制御することで、バルブ７の開放時の薬液吐出量を調整することができる。
【００４９】
薬液２９を吐出後、図４（ｂ）に示すようにバルブ７のみを下方に移動させ（図中矢印Ｂ方向）、バルブ７を閉じる。以上のように加圧部による加圧量を所定値として、さらにバルブの開閉動作を高速で行なうことで、所定のウェルに所定量の薬液を注入することができる。この状態で分注器１を別のウェル上に移動させて、加圧部５による加圧からの動作を繰り返すことで、所定量の薬液を分注することができる。
【００５０】
なお、一度の薬液２９の吐出量は、前述の通り、加圧部５の加圧量により制御されるが、本発明の分注器は、特に、１００〜１０００ｎＬ程度の薬液の吐出に適したものである。例えば、液室２７内部に７５ｋＰａ程度の圧力を付与することで、２００ｎＬ程度の薬液を吐出することができる。この際、バルブ７の上下動作は例えば数十μｓ〜数百μｓ程度の高速で行なわれる。
【００５１】
また、内部の薬液２９を交換する場合には、液室２７内部の薬液２９を全て吐出後、クリーニング液を液室２７内部に吸引して液室２７内部の洗浄を行えばよい。ノズル１９内部には、洗浄の最後に用いたクリーニング液が残存するが、液室２７内部に吸引される薬液量に対して微量であり、影響はない。
【００５２】
以上、分注器１によれば、加圧部５およびバルブ７の上下動作によって薬液２９を吐出するため、特殊な機構を必要とせず、安価な分注器を得ることができる。また、分注器１は、特にｎＬレベル（特に１００〜１０００ｎＬ）の分注に適しており、μＬレベルの分注に用いられる分注器では正確に分注することが困難である場合や、ｐＬレベルの分注に用いられる分注器のような過剰な機構を必要としない場合に特に適した分注器を得ることができる。
【００５３】
また、薬液２９の吐出量は、液室２７内部の加圧量で調整されるが、液室２７に圧力センサ２３が設けられるため、精度よく加圧量を制御することができる。
【００５４】
また、液室２７にはエア抜き部２１が設けられるため、液室２７内部に残存するエア等の気体を排出することができる。このため、より精度よく、液室２７内部の圧力を制御することができる。
【００５５】
次に、第２の実施の形態について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる分注器３０を示す断面概略図である。なお、以下の説明において、分注器１と同一の機能を奏する構成については、図１等と同様の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００５６】
分注器３０は分注器１と略同様の構成であるが、金属製の加圧部３１、バルブ３３等の構成が異なる。シリンダ３の下端にはノズル１９が設けられる。ノズル１９は、シリンダ３の中心から偏心した位置に形成される。
【００５７】
シリンダ３の開口部側（図中上方）からは、バルブ３３が挿入される。バルブ３３は内部が中空であり、下部に下端が開口した孔３９が設けられる。すなわち、バルブ３３の下端は、孔３９を有する筒状に形成される。
【００５８】
バルブ３３の上部外周にはバルブ３３を駆動する電磁コイル１１が設けられる。バルブ３３の外面の肩部には、金属板３４が設けられる。金属板６は例えば鉄板などの強磁性体である。金属板３４は、電磁コイル１１により生じる磁力で電磁コイル１１方向（上方）に吸引される。金属板３４と電磁コイル１１との間にはばね１５が設けられる。ばね１５により、バルブ３３は常に下方に付勢される。
【００５９】
バルブ３３の筒状部下端面の一部は、ノズル１９の軸上に配置される。すなわち、バルブ３３がシリンダ３の内面底部に接触すると、バルブ３３によってノズル１９を塞ぐことができる。また、シリンダ３の底部の略中心であって、バルブ３３の孔３９に対応する部位には、エア抜き部２１および圧力センサ２３が設けられる。
【００６０】
バルブ３３の内部の中空部には、下端が孔３９内部に位置するように加圧部３１が設けられる。加圧部３１の上端にはフランジ３５が形成される。フランジ３５（加圧部３１）の上方には、加圧部３１の軸方向にガイド部１４が設けられる。ガイド部１４の上部はバルブ３３の内部の軸方向に形成された中空部に挿入される。したがって、ガイド部１４によって、加圧部３１は軸方向にまっすぐに移動することができる。なお、ガイド部１４は、電磁コイル９によって影響を受けない例えば樹脂製である。
【００６１】
電磁コイル９とフランジ３５との間には、ばね３７が設けられる。ばね３７は、電磁コイル９に対して加圧部３１を軸方向の下方（加圧方向）に付勢する。ばね３７による力に打ち勝つように電磁コイル９を駆動することで、加圧部３１を上方に移動させることができる。すなわち、ばね３７と電磁コイル９によって、加圧部３１を軸方向（図中上下方向）に往復移動させることができる。
【００６２】
バルブ３３の側部には、孔３２が設けられる。孔３２を介して、電磁コイル９はシリンダ３に固定される。すなわち、電磁コイル９は、バルブ３３の位置によらず、シリンダ３に対して常に一定の位置に固定される。なお、電磁コイル１１も電磁コイル９と同様、図示を省略した構造でシリンダ３に固定される。
【００６３】
すなわち、シリンダ３に対して、加圧部３１およびバルブ３３は、同一軸方向にそれぞれ個別に移動することが可能である。また、シリンダ３内面とバルブ３３の外周面の摺動面には、シール部材２５ａが設けられる。同様に、バルブ３３（孔３９）内面と加圧部３１外周面との間の摺動面にはシール部材２５ｂが設けられる。また、バルブ３３の下端面（ノズル１９との接触部）にはシール部材２５ｃが設けられる。
【００６４】
次に、分注器３０の動作について説明する。図６〜図８は分注器３０の動作を示す図で、分注器３０の使用状態を示す図である。
【００６５】
まず、図６（ａ）に示すように、加圧部３１およびバルブ３３の両者をそれぞればね１５、３７によって下方に移動させる（図中矢印Ｇ、Ｈ方向）。すなわち、電磁コイル９、１１を駆動させずに、ばね１５、３７の力でシリンダ３内に押し込まれる方向にバルブ３３と加圧部３１を移動させる。この状態で、ノズル１９の先端を薬液２９に浸漬する。
【００６６】
次に、図６（ｂ）に示すように、電磁コイル１１によってバルブ３３を上方に移動させ（図中矢印Ｉ方向）、バルブ３３を開くとともに、電磁コイル９によってバルブ３３に対して加圧部３１を同様の方向（図中矢印Ｊ方向）に移動させる。加圧部３１が上方に移動することで液室２７内が負圧となり、バルブ３３が開くため、ノズル１９の先端と液室２７とが連通するため、薬液２９を液室２７内に吸引することができる。
【００６７】
薬液２９が液室２７に吸引されると、次に、図７（ａ）に示すように、電磁コイル１１の駆動を停止し、ばね１５によって、バルブ３３を下方（図中矢印Ｇ方向）に移動させる。これにより、バルブ３３が閉じられる。したがって、薬液２９が液室２７に封じ込められる。
【００６８】
なお、この際、電磁コイル９はシリンダ３に固定されているため、シリンダ３に対する加圧部５１の位置が固定された状態で、バルブ３３のみを移動させることができる。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に示すように、バルブ７が閉じた状態のまま、電磁コイル９の駆動を停止し、ばね３７によって、加圧部３１を下方（図中矢印Ｈ方向）に移動させる。これにより、液室２７の薬液２９が加圧される。また、液室２７内部に気体が残留する場合には、気体がエア抜き部２１より外部に放出される（図中矢印Ｋ方向）。
【００７０】
次に、分注器３０のノズル１９先端を、例えば薬液注入先のウェル上方に配置する。この状態で、図８（ａ）に示すように、バルブ３３のみを上方に移動させ（図中矢印Ｉ方向）、バルブ３３を開く。この際、バルブ３３の内部の加圧部３１は、シリンダ３に対する加圧部３の位置が制御手段で所定位置に制御された状態で、シリンダ３に対するバルブ３３のみを極短時間だけ上方移動させる。
【００７１】
以上により、加圧された薬液２９がノズル１９より吐出される（図中矢印Ｌ方向）。この際、薬液２９はある程度の勢いでノズル先端から吐出するため、ノズル１９先端に薬液が付着して凸状の液滴となることがなく、ウェル内に所定の量の薬液２９を確実に注入することができる。
【００７２】
なお、薬液２９の吐出量は、バルブ３３の開放前の液室２７内部の圧力によって調整される。また、分注器１と同様に、バルブ３３が上昇することにより、バルブ３３の下部に薬液２９の流路が形成されるため、液室２７のみかけの体積が増加する。したがって加圧部３１の加圧量は、この体積増加分も考慮して決定される。
【００７３】
薬液２９を吐出後、図８（ｂ）に示すようにバルブ３３を下方に移動させ（図中矢印Ｇ方向）、バルブ３３を閉じる。この状態で分注器３０を別のウェル上に移動させて、加圧部３１による加圧からの動作を繰り返すことで、所定量の薬液を分注することができる。
【００７４】
第２の実施形態にかかる分注器３０によれば、分注器１と同様の効果を得ることができる。また、加圧部３１がバルブ３３の内部に配置されるため、加圧部３１で加圧する液室２７の断面積を小さくすることができる。このため、液室２７を加圧する際の加圧部３１の移動量を分注器１と比較して大きくすることができる。したがって、より微小な圧力の調整が可能となり、精度の高い分注器を得ることができる。
【００７５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７６】
例えば、それぞれの分注器のバルブおよび加圧部は、電磁コイルおよびばねを利用したが、本発明はこれに限られない。例えば、バルブおよび加圧部の軸方向の移動をサーボモータ等のモータによって行ってもよい。
【００７７】
ここで、バルブとしては、バルブ開閉のための移動ストロークは小さくてもよいが、より速い動作が要求される、一方、加圧部としては、より精度良く動作させる（より精度よく圧力を調整でき、位置精度が良い）ことが望ましい。このような動作が可能であれば、本発明は、バルブおよび加圧部の動作手段はいずれのものでも良い。
【符号の説明】
【００７８】
１、３０………分注器
３………シリンダ
４、３２………孔
５、３１………加圧部
６、３４………金属板
７、３３………バルブ
９、１１………電磁コイル
１２、１５………ばね
１３………フランジ
１４………ガイド部
１７、３９………孔
１９………ノズル
２１………エア抜き部
２３………圧力センサ
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ………シール
２７………液室
２９………薬液
３５………フランジ
３７………ばね
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にｎＬ（ナノリットル）レベルの液量の分注に適した分注器等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、少量の薬液を薬液容器から取り出して、所望のウェル等に注入するために分注器が用いられる。このような分注器としては、通常、数μＬ以上の流量の液滴をノズルから吐出することが可能なものが多く用いられている。
【０００３】
なお、液滴をノズルからウェル内に落下させずに、分注器のノズル先端に凸状の液滴を形成してウェルの壁面に付着させる方法がある。しかし、この方法では、ウェル内部の液がノズルに付着して、液が混ざる恐れがある。このため、より精度よく薬液を分注するためには、必要な液量の液滴をノズル先端より吐出（噴出）させる必要がある。
【０００４】
一方、高価な薬液を効率良く使用して、微細なウェル内に薬液を分注するためには、従来よりも微小な液量の分注が可能な分注器が必要となる。
【０００５】
微小な液量の分注が可能な分注器としては、例えば、印刷機のインクジェットプリンターに用いられる圧電素子を用い、圧電素子によって振動板を数ｋＨｚから数ＭＨｚの振動数で振動させ、振動板の振動に伴う圧力によって、液体を吐出する方法がある（特許文献１）。
【０００６】
また、レーザを用い、光吸収体にチップ外部からレーザを照射して加熱することで、光吸収体に接した液体を蒸発および膜状に膨張させ、膨張に伴う圧力によって液体を吐出する方法がある。
【０００７】
また、分注用ノズルと基板の間に正極性の高電圧をかけ、静電誘導によってノズル先端の液にプラスの電荷を付与するとともに基板側にマイナスの電荷を付与し、両者の間の静電吸引力によって液を基板側に飛ばす方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１１４５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のような方法は、いずれもｐＬ（ピコリットル）からｆＬ（フェムトリットル）レベルの分注を意図したものであり、極めて高価である。また、液量が非常に少ないことから、液滴の計測が困難であり、正確に制御することが困難である。一方、従来の分注器としては、ｎＬ(ナノリットル)レベル（例えば数１０ｎＬ〜１０００ｎＬ程度の液）の液を効率良くかつ精度よく分注可能なものは存在しなかった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、特殊な機構を用いることなく、ｎＬレベルの液を精度よく分注可能な分注器等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達するために第１の発明は、端部にノズルを有し、内部に液室を有するシリンダと、前記シリンダ内部に設けられ液室に対して往復動作可能な加圧部と、前記ノズルの軸上に形成され、前記加圧部と同一方向に単独で往復動作可能な前記ノズルの開閉を行うバルブを具備し、前記液室には前記液室の内部の液体の圧力を測定可能な圧力センサが設けられ、前記バルブを閉じた状態で、前記加圧部で前記液室の内部の液体に所定の圧力を付与し、前記バルブを動作させることで、所定量の液体を前記ノズルより吐出させることが可能であることを特徴とする分注器である。
【００１２】
前記シリンダには前記液室と外部とに連通する部位にエア抜き部が設けられ、前記エア抜き部は、前記液室の内部の液体は透過せず前記液室の内部の気体が透過可能な微小な孔を有することが望ましい。
【００１３】
前記ノズルは前記シリンダの中心から偏心した位置に形成され、前記シリンダの内部に設けられる前記バルブの内部には下方が開口した筒状部が形成され、前記筒状部の縁部が前記ノズルの上部に位置して前記ノズルの開閉が可能であり、前記加圧部は前記バルブの内部に設けられ、前記筒状部において前記加圧部の端部が軸方向に移動可能であり、前記筒状部の内部の液室を加圧可能としてもよい。
【００１４】
前記バルブおよび前記加圧部は、電磁コイルとばねによって往復動作可能であるが、前記バルブおよび前記加圧部は、モータによって往復動作可能であってもよい。前記バルブ、前記加圧部、前記シリンダのそれぞれの接触部の一部と、前記バルブの端部にはシール部材が設けられることが望ましい。
【００１５】
第１の発明によれば、バルブを閉じた状態で加圧部によって液室内部の液体に圧力を付与し、バルブを開くことで液室内部の圧力に応じた液量の液滴をノズルから吐出することができる。したがって、極めて簡易な構造で精度よく微小な液量の液滴を吐出することができる。
【００１６】
また、液滴が液室内部の加圧によってノズルより吐出するため、液滴がノズル先端に付着することなく、ウェル等に注入することができる。また、液室内部の圧力は圧力センサによって制御されるため、精度よく吐出液量を制御することができる。
【００１７】
また、液室と外部との間にエア抜き部が設けられ、エア抜き部が液体を透過させずに気体のみが透過可能な微細な連通孔（例えば１００ｎｍオーダから数μｍ）の孔径を有することで、液室内部のエア抜きを行うことができる。このため、液室内部の圧力を精度よく制御することができる。
【００１８】
また、バルブを筒状にして、バルブ内部に加圧部を設けることで、加圧対象の液室の断面積を小さくすることができる。このため、同一液量であれば、液室の高さを高くすることができ、液室内の液体の加圧の際に、加圧部の移動量を大きくすることができる。このため、加圧部の移動量の制御が容易となり、より精度よく液室内の加圧が可能となる。
【００１９】
なお、このような加圧部の制御は、電磁コイルおよびばね、あるいは空気圧によって行うことができる。または、サーボモータ等のモータによって行うこともできる。また、バルブ、加圧部、シリンダのそれぞれの接触部の一部にシール部材を設け、さらにバルブの端部（ノズルとの接触部）にシール部材を設けることで、液漏れを防止することができる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明にかかる分注器を用い、前記バルブと前記加圧部を前記シリンダ内に押し込む方向に移動させた状態で、ノズル先端を薬液に浸漬させ、前記バルブを開くとともに前記加圧部を上方に移動させて薬液を液室に吸引し、前記バルブを閉じ、前記圧力センサに前記液室内部の圧力が所定値となるように前記加圧部によって前記液室内の薬液を加圧し、前記バルブを開くことで、前記液室内部の数１０ｎＬ〜１０００ｎＬの薬液を前記ノズルから吐出することを特徴とする薬液の分注方法である。
【００２１】
第２の発明によれば、特に従来困難であった数１０ｎＬ〜１０００ｎＬの薬液の分注を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、特殊な機構を用いることなく、ｎＬレベルの液を精度よく分注可能な分注器等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】分注器１を示す断面概略図。
【図２】分注器１の動作を示す図で、（ａ）は加圧部およびバルブを再下端に位置した状態を示す図、（ｂ）は薬液を吸引する状態を示す図。
【図３】分注器１の動作を示す図で、（ａ）はバルブを閉じた状態を示す図、（ｂ）は加圧部によって薬液を加圧する状態を示す図。
【図４】分注器１の動作を示す図で、（ａ）はバルブを開いた状態を示す図、（ｂ）はバルブを閉じた状態を示す図。
【図５】分注器３０を示す断面概略図。
【図６】分注器３０の動作を示す図で、（ａ）は加圧部およびバルブを再下端に位置した状態を示す図、（ｂ）は薬液を吸引する状態を示す図。
【図７】分注器３０の動作を示す図で、（ａ）はバルブを閉じた状態を示す図、（ｂ）は加圧部によって薬液を加圧する状態を示す図。
【図８】分注器３０の動作を示す図で、（ａ）はバルブを開いた状態を示す図、（ｂ）はバルブを閉じた状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は分注器１を示す断面概略図である。分注器１は、主にシリンダ３、加圧部５、金属製のバルブ７、駆動用の電磁コイル９、１１およびばね１２、１５等から構成される。
【００２５】
シリンダ３は、一方が開口した筒状の部材であり、下端の略中央にノズル１９が設けられる。シリンダ３の内部が液体を保持する液室２７となる。ノズル１９は、液体が吐出される部位である。ノズル１９は液室２７と連通し、微細な孔（例えば２０μｍ程度×１０ｍｍ長）により形成される。なお、以下の説明において、ノズル１９の形成方向を分注器の軸方向と称する。
【００２６】
シリンダ３の底部の一部には、エア抜き部２１が設けられる。エア抜き部２１は、液室２７と外部とを連通するように形成される。エア抜き部２１は、例えばセラミックス等により形成され、連通孔を有する多孔質体である。エア抜き部２１の連通孔は例えば数μｍ程度である。このため後述する加圧部によって液室内部の液体を加圧した際に、液体はエア抜き部２１を透過することができない。一方、エア等の気体はエア抜き部２１を透過させることが可能である。
【００２７】
液室２７に面したシリンダ３の内面側には、圧力センサ２３が設けられる。圧力センサ２３は、液室２７内部の液体の圧力を測定可能である。
【００２８】
シリンダ３の開口部側（図中上方）からは、加圧部５が挿入される。加圧部５は、液室２７内部の圧力を加圧する部位である。加圧部５は内部が中空であり、下部に孔１７が設けられる。加圧部５の上部外周には電磁コイル９が設けられる。また、加圧部５の外面の肩部には、金属板６が設けられる。金属板６は例えば鉄板などの強磁性体である。金属板６は、電磁コイル９により生じる磁力で電磁コイル９方向（上方）に吸引される。金属板６と電磁コイル９との間にはばね１２が設けられる。ばね１２により、加圧部５は常に下方に付勢される。したがって、電磁コイル９を動作させることで、加圧部５を軸方向（図中上下方向）に往復移動させることができる。
【００２９】
なお、加圧部５の下方への推進力（加圧力）は、ばね以外にも、エアなどを用いたその他の駆動源により得てもよく、加圧部５を所定の加圧力で下方に移動させることができればいずれの構造であってもよい。また、加圧部５の加圧力を、圧力センサ２３により計測された液室２７内部の圧力に応じて制御してもよい。すなわち、電磁コイル９などの駆動源によって、液室２７内部の液体の圧力が所望の圧力となるように制御できればよく、例えば、図示を省略した制御部で加圧部５を動作させてもよい。
【００３０】
加圧部５の内部には、下端が孔１７から突出するようにバルブ７が設けられる。バルブ７は、ノズル１９の軸上に形成された部材であり、ノズル１９の開閉を行う部位である。バルブ７の上方にはフランジ１３が設けられる。例えば、フランジ１３はバルブ７の上部外周に形成され、径方向に突出した部位である。フランジ１３の上部には、バルブ７の軸方向にガイド部１４が設けられる。ガイド部１４の上部は加圧部５の内部の軸方向に形成された中空部に挿入される。したがって、ガイド部１４によって、バルブ７は軸方向にまっすぐに移動することができる。なお、ガイド部１４は、電磁コイル１１によって影響を受けない例えば樹脂製である。
【００３１】
加圧部５の内部の中空部であってガイド部１４の外周には電磁コイル１１が設けられる。電磁コイル１１とフランジ１３との間には、ばね１５が設けられる。ばね１５は、電磁コイル１１に対してバルブ７を軸方向の下方（バルブ７が閉じる方向）に付勢する。
【００３２】
なお、ノズル１９の直上（シリンダ３の内面）にバルブ７の下面がシリンダ３の内底面に接触した状態をノズル１９が閉じた状態と称する。また、バルブ７の端面とノズル１９との間に隙間を形成した状態をバルブ７が開いた状態と称する。
【００３３】
前述のように、ばね１５によって、バルブ７はノズル１９を閉じる方向に付勢されるが、電磁コイル１１を駆動することで、バルブ７のフランジ１３を電磁コイル１１側（上方）に移動させることができる。すなわち、電磁コイル１１によって、ばね１５による力に打ち勝って、バルブ７を上方（バルブ７が開く方向）に移動させることができる。したがって、電磁コイル１１を動作させることで、バルブ７を軸方向（図中上下方向）に往復移動させることができる。なお、バルブ７も加圧部５と同様に、ばね以外の構造によって移動させてもよい。
【００３４】
加圧部５の側部には、孔４が設けられる。孔４を介して、電磁コイル１１はシリンダ３に固定される。ここで、電磁コイル１１は、加圧部５に固定されずにシリンダに直接固定されているので、加圧部５の位置によらず、シリンダ３に対して常に一定の位置に固定される。したがって、シリンダ３に対して、加圧部５およびバルブ７は、同一軸方向にそれぞれ個別に移動することが可能である。なお、電磁コイル９も電磁コイル１１と同様、図示を省略した構造でシリンダ３に固定される。
【００３５】
シリンダ３内面と加圧部５の外周面の摺動面には、シール部材２５ａが設けられる。同様に、加圧部５（孔１７）内面とバルブ外周面との間の摺動面にはシール部材２５ｂが設けられる。また、バルブ７の下端面（ノズル１９との接触部）にはシール部材２５ｃが設けられる。各シール部材によって、それぞれの部材の摺動部等から液が漏れだすことが防止される。なお、シール部材としては、通常のゴムパッキン等を用いることができる。また、磁性流体を用いて液体によってシールすることもできる。磁性流体シールを用いれば、シリンダ３に対する加圧部５の移動抵抗や、加圧部５に対するバルブ７の移動抵抗を小さくすることができ、より正確な動作制御を行うことができる。
【００３６】
次に、分注器１の動作について説明する。図２〜図４は分注器１の動作を示す図で、分注器１の使用状態を示す図である。
【００３７】
まず、図２（ａ）に示すように、加圧部５およびバルブ７の両者をそれぞればね１２、１５によって下方に移動させる（図中矢印Ａ、Ｂ方向）。すなわち、電磁コイル９、１１を駆動させずに、ばね１２、１５の力でバルブ７と加圧部５とがシリンダ３内に押し込まれる方向に移動させる。この状態では、液室が閉塞され、バルブ７が閉じた状態となる。この状態で、ノズル１９の先端を薬液２９（例えば薬液容器内の薬液）に浸漬する。
【００３８】
次に、図２（ｂ）に示すように、電磁コイル１１によってバルブ７を上方に移動させ（図中矢印Ｄ方向）、バルブ７を開くとともに、電磁コイル９によって加圧部５を同様の方向（図中矢印Ｃ方向）に移動させる。加圧部５が上方に移動することで液室２７内が負圧となる。また、バルブ７が開くため、ノズル１９の先端と液室２７とが連通する。このため、薬液２９を液室２７内に吸引することができる。なお、薬液の吸引量は適宜設定されるが、例えば４μＬ程度とすることができる。
【００３９】
また、バルブ７の移動量は、加圧部５の移動量に対して小さくて良い。すなわち、バルブ７は、閉塞状態のノズル１９に対して薬液の流路を確保できる程度の移動量で良い。一方、加圧部５は、吸引する薬液量に応じて移動量が設定される。この場合、図示を省略した位置センサ等によって、加圧部５の移動量を制御してもよい。
【００４０】
薬液２９が液室２７に吸引されると、次に、図３（ａ）に示すように、電磁コイル１１の駆動を停止し、ばね１５によって、バルブ７のみを下方（図中矢印Ｂ方向）に移動させる。これにより、バルブ７が閉じられる。したがって、薬液２９が液室２７に封じ込められる。この時、例えば、ノズル１９の先端を薬液容器内の薬液２９に浸漬したままの状態でバルブ７の下方への移動が行なわれることから、液室に吸引した薬液が、バルブ７の下方への移動により、極僅かに薬液容器内に戻されることになる。ここで、バルブ７の直径は、液室２７を形成するシリンダ３の内径，たとえば約５ｍｍに比べると、１／１０から１／５０程度であるため、液室２７に戻される薬液の量は極微量になる。
また、ここで、図２（ｂ）に示すバルブと加圧部の移動による薬液の吸引を、分注器を上方に移動しながら行なうか、あるいはバルブをノズルの上面から離れた後で電磁力を切り替えて２段で行なうことにより、薬液の液下面をノズルの先端部より上方まで移動させることで、これに続く、図３（ａ）に示す薬液閉じ込め時のバルブの下方移動による薬液の移動量がノズル内に収まるようにして、薬液のノズル先端からの流出を防止することもできる。
【００４１】
次に、分注器をノズルの先端が薬液容器から離れるように上方に移動させる、あるいは移動させた状態で、図３（ｂ）に示すように、バルブ７が閉じた状態のまま、電磁コイル９の駆動を停止し、ばね１２によって、加圧部５を下方（図中矢印Ａ方向）に移動させる。この際、電磁コイル１１はシリンダ３に固定されているため、シリンダ３に対するバルブ７の位置が固定された状態で、加圧部５のみを移動させることができる。このとき、バルブ７が閉じた状態であることから、液室２７の薬液２９が加圧される。また、液室２７内部に気体が残留する場合には、気体がエア抜き部２１より外部に放出される（図中矢印Ｅ方向）。
【００４２】
なお、液室２７内の加圧の際、例えば、分注器１を上下反転して逆さまにするか、あるいは９０度回転するなどして、分注器を逆さまにするか、９０度回転した状態で気体が液室の上部に集まるようにすることが望ましい。このようにすることで、確実に液室２７内部の気体をエア抜き部２１より外部に抜くことができる。気体は液体よりも軽く、液室２７内部の上方に溜まるためである。また、エア抜き部２１は液体が透過しないため、気体のみを効率良く外部に排出することができる。
【００４３】
なお、液室２７内部の気体が放出され、内部が薬液２９で満たされた状態において、加圧部５によって加圧された液室２７内部の圧力は圧力センサ２３によって検知される。圧力センサ２３によって検知される薬液２９の圧力が所定値となるようにばね１２等によって加圧される。すなわち、ばね１２等の加圧手段によって、液室２７内部の圧力が所定圧力で保持される。この状態で、加圧部５の位置が固定される。
【００４４】
なお、圧力センサ２３によって、液室２７内部の気体の残留を検知してもよい。すなわち、加圧部５の移動量に対する圧力変化から、液室２７内部が液体で満たされているかどうかを判断してもよい。
【００４５】
次に、分注器１のノズル１９先端を、例えば薬液注入先のウェル上方に配置する。この状態で、図４（ａ）に示すように、バルブ７を上方に移動させ（図中矢印Ｄ方向）、バルブ７を開く。この際、バルブ７の移動によりノズル１９が開くことに伴い、加圧部５が必要以上に下方に移動しないように、シリンダ３に対する加圧部５の位置を図示しない制御手段で所定位置に制御した状態で、バルブ７のみを極短時間だけ上方移動させてノズルの先端から、所定のウェルに薬液を注入する。
【００４６】
この際、バルブ７が開くことで、加圧された薬液２９がノズル１９より吐出する（図中矢印Ｆ方向）。この際、薬液２９はある程度の勢いでノズル先端から吐出するため、ノズル１９先端に薬液が付着して凸状の液滴となることがなく、ウェル内に所定の量の薬液２９を確実に注入することができる。
【００４７】
なお、薬液２９の吐出量は、バルブ７の開放前の液室２７内部の圧力によって調整される。例えば、より多くの吐出量を得るためには、液室２７の加圧量を大きくし、液室２７内部の圧力をより高めればよい。バルブ７を開く際、バルブ７が上昇することにより、バルブ７の下部に薬液２９の流路が形成される。このため、液室２７のみかけの体積が増加する。したがって加圧部５の加圧量の制御は、この体積増加分も考慮して決定される。
【００４８】
また、バルブ７が開放して薬液２９を吐出させる際に、加圧部５が下方に移動すると、加圧部５の移動量に応じて液室２７の体積が減少し、加圧部５によって薬液２９が押し出されてしまう。このため、以上のように加圧部５の加圧量を制御することで、バルブ７の開放時の薬液吐出量を調整することができる。
【００４９】
薬液２９を吐出後、図４（ｂ）に示すようにバルブ７のみを下方に移動させ（図中矢印Ｂ方向）、バルブ７を閉じる。以上のように加圧部による加圧量を所定値として、さらにバルブの開閉動作を高速で行なうことで、所定のウェルに所定量の薬液を注入することができる。この状態で分注器１を別のウェル上に移動させて、加圧部５による加圧からの動作を繰り返すことで、所定量の薬液を分注することができる。
【００５０】
なお、一度の薬液２９の吐出量は、前述の通り、加圧部５の加圧量により制御されるが、本発明の分注器は、特に、１００〜１０００ｎＬ程度の薬液の吐出に適したものである。例えば、液室２７内部に７５ｋＰａ程度の圧力を付与することで、２００ｎＬ程度の薬液を吐出することができる。この際、バルブ７の上下動作は例えば数十μｓ〜数百μｓ程度の高速で行なわれる。
【００５１】
また、内部の薬液２９を交換する場合には、液室２７内部の薬液２９を全て吐出後、クリーニング液を液室２７内部に吸引して液室２７内部の洗浄を行えばよい。ノズル１９内部には、洗浄の最後に用いたクリーニング液が残存するが、液室２７内部に吸引される薬液量に対して微量であり、影響はない。
【００５２】
以上、分注器１によれば、加圧部５およびバルブ７の上下動作によって薬液２９を吐出するため、特殊な機構を必要とせず、安価な分注器を得ることができる。また、分注器１は、特にｎＬレベル（特に１００〜１０００ｎＬ）の分注に適しており、μＬレベルの分注に用いられる分注器では正確に分注することが困難である場合や、ｐＬレベルの分注に用いられる分注器のような過剰な機構を必要としない場合に特に適した分注器を得ることができる。
【００５３】
また、薬液２９の吐出量は、液室２７内部の加圧量で調整されるが、液室２７に圧力センサ２３が設けられるため、精度よく加圧量を制御することができる。
【００５４】
また、液室２７にはエア抜き部２１が設けられるため、液室２７内部に残存するエア等の気体を排出することができる。このため、より精度よく、液室２７内部の圧力を制御することができる。
【００５５】
次に、第２の実施の形態について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる分注器３０を示す断面概略図である。なお、以下の説明において、分注器１と同一の機能を奏する構成については、図１等と同様の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００５６】
分注器３０は分注器１と略同様の構成であるが、金属製の加圧部３１、バルブ３３等の構成が異なる。シリンダ３の下端にはノズル１９が設けられる。ノズル１９は、シリンダ３の中心から偏心した位置に形成される。
【００５７】
シリンダ３の開口部側（図中上方）からは、バルブ３３が挿入される。バルブ３３は内部が中空であり、下部に下端が開口した孔３９が設けられる。すなわち、バルブ３３の下端は、孔３９を有する筒状に形成される。
【００５８】
バルブ３３の上部外周にはバルブ３３を駆動する電磁コイル１１が設けられる。バルブ３３の外面の肩部には、金属板３４が設けられる。金属板６は例えば鉄板などの強磁性体である。金属板３４は、電磁コイル１１により生じる磁力で電磁コイル１１方向（上方）に吸引される。金属板３４と電磁コイル１１との間にはばね１５が設けられる。ばね１５により、バルブ３３は常に下方に付勢される。
【００５９】
バルブ３３の筒状部下端面の一部は、ノズル１９の軸上に配置される。すなわち、バルブ３３がシリンダ３の内面底部に接触すると、バルブ３３によってノズル１９を塞ぐことができる。また、シリンダ３の底部の略中心であって、バルブ３３の孔３９に対応する部位には、エア抜き部２１および圧力センサ２３が設けられる。
【００６０】
バルブ３３の内部の中空部には、下端が孔３９内部に位置するように加圧部３１が設けられる。加圧部３１の上端にはフランジ３５が形成される。フランジ３５（加圧部３１）の上方には、加圧部３１の軸方向にガイド部１４が設けられる。ガイド部１４の上部はバルブ３３の内部の軸方向に形成された中空部に挿入される。したがって、ガイド部１４によって、加圧部３１は軸方向にまっすぐに移動することができる。なお、ガイド部１４は、電磁コイル９によって影響を受けない例えば樹脂製である。
【００６１】
電磁コイル９とフランジ３５との間には、ばね３７が設けられる。ばね３７は、電磁コイル９に対して加圧部３１を軸方向の下方（加圧方向）に付勢する。ばね３７による力に打ち勝つように電磁コイル９を駆動することで、加圧部３１を上方に移動させることができる。すなわち、ばね３７と電磁コイル９によって、加圧部３１を軸方向（図中上下方向）に往復移動させることができる。
【００６２】
バルブ３３の側部には、孔３２が設けられる。孔３２を介して、電磁コイル９はシリンダ３に固定される。すなわち、電磁コイル９は、バルブ３３の位置によらず、シリンダ３に対して常に一定の位置に固定される。なお、電磁コイル１１も電磁コイル９と同様、図示を省略した構造でシリンダ３に固定される。
【００６３】
すなわち、シリンダ３に対して、加圧部３１およびバルブ３３は、同一軸方向にそれぞれ個別に移動することが可能である。また、シリンダ３内面とバルブ３３の外周面の摺動面には、シール部材２５ａが設けられる。同様に、バルブ３３（孔３９）内面と加圧部３１外周面との間の摺動面にはシール部材２５ｂが設けられる。また、バルブ３３の下端面（ノズル１９との接触部）にはシール部材２５ｃが設けられる。
【００６４】
次に、分注器３０の動作について説明する。図６〜図８は分注器３０の動作を示す図で、分注器３０の使用状態を示す図である。
【００６５】
まず、図６（ａ）に示すように、加圧部３１およびバルブ３３の両者をそれぞればね１５、３７によって下方に移動させる（図中矢印Ｇ、Ｈ方向）。すなわち、電磁コイル９、１１を駆動させずに、ばね１５、３７の力でシリンダ３内に押し込まれる方向にバルブ３３と加圧部３１を移動させる。この状態で、ノズル１９の先端を薬液２９に浸漬する。
【００６６】
次に、図６（ｂ）に示すように、電磁コイル１１によってバルブ３３を上方に移動させ（図中矢印Ｉ方向）、バルブ３３を開くとともに、電磁コイル９によってバルブ３３に対して加圧部３１を同様の方向（図中矢印Ｊ方向）に移動させる。加圧部３１が上方に移動することで液室２７内が負圧となり、バルブ３３が開くため、ノズル１９の先端と液室２７とが連通するため、薬液２９を液室２７内に吸引することができる。
【００６７】
薬液２９が液室２７に吸引されると、次に、図７（ａ）に示すように、電磁コイル１１の駆動を停止し、ばね１５によって、バルブ３３を下方（図中矢印Ｇ方向）に移動させる。これにより、バルブ３３が閉じられる。したがって、薬液２９が液室２７に封じ込められる。
【００６８】
なお、この際、電磁コイル９はシリンダ３に固定されているため、シリンダ３に対する加圧部５１の位置が固定された状態で、バルブ３３のみを移動させることができる。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に示すように、バルブ７が閉じた状態のまま、電磁コイル９の駆動を停止し、ばね３７によって、加圧部３１を下方（図中矢印Ｈ方向）に移動させる。これにより、液室２７の薬液２９が加圧される。また、液室２７内部に気体が残留する場合には、気体がエア抜き部２１より外部に放出される（図中矢印Ｋ方向）。
【００７０】
次に、分注器３０のノズル１９先端を、例えば薬液注入先のウェル上方に配置する。この状態で、図８（ａ）に示すように、バルブ３３のみを上方に移動させ（図中矢印Ｉ方向）、バルブ３３を開く。この際、バルブ３３の内部の加圧部３１は、シリンダ３に対する加圧部３の位置が制御手段で所定位置に制御された状態で、シリンダ３に対するバルブ３３のみを極短時間だけ上方移動させる。
【００７１】
以上により、加圧された薬液２９がノズル１９より吐出される（図中矢印Ｌ方向）。この際、薬液２９はある程度の勢いでノズル先端から吐出するため、ノズル１９先端に薬液が付着して凸状の液滴となることがなく、ウェル内に所定の量の薬液２９を確実に注入することができる。
【００７２】
なお、薬液２９の吐出量は、バルブ３３の開放前の液室２７内部の圧力によって調整される。また、分注器１と同様に、バルブ３３が上昇することにより、バルブ３３の下部に薬液２９の流路が形成されるため、液室２７のみかけの体積が増加する。したがって加圧部３１の加圧量は、この体積増加分も考慮して決定される。
【００７３】
薬液２９を吐出後、図８（ｂ）に示すようにバルブ３３を下方に移動させ（図中矢印Ｇ方向）、バルブ３３を閉じる。この状態で分注器３０を別のウェル上に移動させて、加圧部３１による加圧からの動作を繰り返すことで、所定量の薬液を分注することができる。
【００７４】
第２の実施形態にかかる分注器３０によれば、分注器１と同様の効果を得ることができる。また、加圧部３１がバルブ３３の内部に配置されるため、加圧部３１で加圧する液室２７の断面積を小さくすることができる。このため、液室２７を加圧する際の加圧部３１の移動量を分注器１と比較して大きくすることができる。したがって、より微小な圧力の調整が可能となり、精度の高い分注器を得ることができる。
【００７５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７６】
例えば、それぞれの分注器のバルブおよび加圧部は、電磁コイルおよびばねを利用したが、本発明はこれに限られない。例えば、バルブおよび加圧部の軸方向の移動をサーボモータ等のモータによって行ってもよい。
【００７７】
ここで、バルブとしては、バルブ開閉のための移動ストロークは小さくてもよいが、より速い動作が要求される、一方、加圧部としては、より精度良く動作させる（より精度よく圧力を調整でき、位置精度が良い）ことが望ましい。このような動作が可能であれば、本発明は、バルブおよび加圧部の動作手段はいずれのものでも良い。
【符号の説明】
【００７８】
１、３０………分注器
３………シリンダ
４、３２………孔
５、３１………加圧部
６、３４………金属板
７、３３………バルブ
９、１１………電磁コイル
１２、１５………ばね
１３………フランジ
１４………ガイド部
１７、３９………孔
１９………ノズル
２１………エア抜き部
２３………圧力センサ
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ………シール
２７………液室
２９………薬液
３５………フランジ
３７………ばね
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部にノズルを有し、内部に液室を有するシリンダと、
前記シリンダ内部に設けられ、液室に対して往復動作可能な加圧部と、
前記ノズルの軸上に形成され、前記加圧部と同一方向に単独で往復動作可能であり、前記ノズルの開閉を行うバルブとを具備し、
前記液室には、前記液室の内部の液体の圧力を測定可能な圧力センサが設けられ、
前記バルブを閉じた状態で、前記加圧部で前記液室の内部の液体に所定の圧力を付与し、
前記バルブを動作させることで、所定量の液体を前記ノズルより吐出させることが可能であることを特徴とする分注器。
【請求項２】
前記シリンダには、前記液室と外部とに連通する部位にエア抜き部が設けられ、
前記エア抜き部は、前記液室の内部の液体は透過せず、前記液室の内部の気体が透過可能な微小な孔を有することを特徴とする請求項１記載の分注器。
【請求項３】
前記ノズルは、前記シリンダの中心から偏心した位置に形成され、
前記バルブは、下方が開口した筒状部が形成され、前記筒状部の縁部が前記ノズルの上部に位置して、前記ノズルの開閉が可能であり、
前記加圧部は前記バルブの内部に設けられ、前記筒状部において前記加圧部の端部が軸方向に移動可能であり、前記筒状部の内部の液室を加圧可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分注器。
【請求項４】
前記バルブおよび前記加圧部は、電磁コイルとばねによって往復動作可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の分注器。
【請求項５】
前記バルブおよび前記加圧部は、モータによって往復動作可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の分注器。
【請求項６】
前記バルブ、前記加圧部、前記シリンダのそれぞれの接触部の一部と、前記バルブの端部には、シール部材が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の分注器。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の分注器を用い、
前記バルブと前記加圧部を前記シリンダ内に押し込む方向に移動させた状態で、ノズル先端を薬液に浸漬させ、
前記バルブを開くとともに前記加圧部を上方に移動させて薬液を液室に吸引し、
前記バルブを閉じ、前記圧力センサにより前記液室の内部の圧力が所定値となるように前記加圧部によって前記液室内の薬液を加圧し、
前記バルブを開くことで、前記液室の内部の１００〜１０００ｎＬの薬液を前記ノズルから吐出することを特徴とする薬液の分注方法。
【請求項１】
端部にノズルを有し、内部に液室を有するシリンダと、
前記シリンダ内部に設けられ、液室に対して往復動作可能な加圧部と、
前記ノズルの軸上に形成され、前記加圧部と同一方向に単独で往復動作可能であり、前記ノズルの開閉を行うバルブとを具備し、
前記液室には、前記液室の内部の液体の圧力を測定可能な圧力センサが設けられ、
前記バルブを閉じた状態で、前記加圧部で前記液室の内部の液体に所定の圧力を付与し、
前記バルブを動作させることで、所定量の液体を前記ノズルより吐出させることが可能であることを特徴とする分注器。
【請求項２】
前記シリンダには、前記液室と外部とに連通する部位にエア抜き部が設けられ、
前記エア抜き部は、前記液室の内部の液体は透過せず、前記液室の内部の気体が透過可能な微小な孔を有することを特徴とする請求項１記載の分注器。
【請求項３】
前記ノズルは、前記シリンダの中心から偏心した位置に形成され、
前記バルブは、下方が開口した筒状部が形成され、前記筒状部の縁部が前記ノズルの上部に位置して、前記ノズルの開閉が可能であり、
前記加圧部は前記バルブの内部に設けられ、前記筒状部において前記加圧部の端部が軸方向に移動可能であり、前記筒状部の内部の液室を加圧可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分注器。
【請求項４】
前記バルブおよび前記加圧部は、電磁コイルとばねによって往復動作可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の分注器。
【請求項５】
前記バルブおよび前記加圧部は、モータによって往復動作可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の分注器。
【請求項６】
前記バルブ、前記加圧部、前記シリンダのそれぞれの接触部の一部と、前記バルブの端部には、シール部材が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の分注器。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の分注器を用い、
前記バルブと前記加圧部を前記シリンダ内に押し込む方向に移動させた状態で、ノズル先端を薬液に浸漬させ、
前記バルブを開くとともに前記加圧部を上方に移動させて薬液を液室に吸引し、
前記バルブを閉じ、前記圧力センサにより前記液室の内部の圧力が所定値となるように前記加圧部によって前記液室内の薬液を加圧し、
前記バルブを開くことで、前記液室の内部の１００〜１０００ｎＬの薬液を前記ノズルから吐出することを特徴とする薬液の分注方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５１８５０（Ｐ２０１２−２５１８５０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４１０７（Ｐ２０１１−１２４１０７）
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（５０９１３３７６８）株式会社古河電工アドバンストエンジニアリング (7)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（５０９１３３７６８）株式会社古河電工アドバンストエンジニアリング (7)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]