特許 7550349 インクジェットヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】インクジェットヘッド

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20240906BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 A

B41J2/14 301

B41J2/14 607

B41J2/14 605

B41J2/14 501

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020089000

(22)【出願日】2020-05-21

(65)【公開番号】P2021182874

(43)【公開日】2021-12-02

【審査請求日】2023-04-13

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】槇本 敦

(72)【発明者】

【氏名】深田 和岐

【審査官】田名部 拓也

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５２４５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５８７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５４３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８７５９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００

Ｂ４１Ｊ ２／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体および微粒子が流れる第１流路部と、
前記第１流路部における上流端と下流端との間に接続され、前記流体が供給されるとともに、前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる第２流路部と、
前記第２流路部が前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させた場合に、前記第１流路部を流れる前記流体および前記微粒子を外部に吐出するノズルと、を備え、
前記第２流路部は、前記微粒子を含まない前記流体で満たされ、前記第２流路部の上端部には前記微粒子を含まない前記流体を供給する第２の配管が接続され、前記微粒子を含まない前記流体の圧力を変動させることにより前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる、インクジェットヘッド。

【請求項2】

前記第２流路部に供給された前記流体の圧力を変動させる変圧部をさらに備えている請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項3】

前記ノズルは、前記第１流路部における前記第２流路部が接続された部位と対向する位置に形成されている、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。

【請求項4】

前記第２流路部の下端部は、前記第１流路部から前記第２流路部に前記流体が流入することを抑制する流路抵抗部を有している、請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。

【請求項5】

前記流路抵抗部は、前記第１流路部に向かうにしたがって、流路断面積が小さくなるように形成されている、請求項４に記載のインクジェットヘッド。

【請求項6】

前記ノズルの流路断面積は、前記第１流路部における前記流路抵抗部の開口面積より大きく設定されている、請求項４または５に記載のインクジェットヘッド。

【請求項7】

前記第２流路部は、前記第１流路部を流れる前記微粒子の位置に基づいて、前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる、請求項１から６の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。

【請求項8】

前記第２流路部は、前記第１流路部を流れる前記微粒子の位置に基づいて、前記第１流路部を流れる前記微粒子を前記ノズルから吐出するように、前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる、請求項７に記載のインクジェットヘッド。

【請求項9】

前記第２流路部は、前記第１流路部を流れる前記微粒子の位置に基づいて、前記微粒子を前記第２流路部に吸引した後、前記第２流路部に吸引した前記微粒子を前記ノズルから吐出するように前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる、請求項７に記載のインクジェットヘッド。

【請求項10】

前記第１流路部の両端は第１の配管により接続され、前記流体および前記微粒子は、前記第１の配管及び前記第１流路部を循環する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項11】

前記第１流路部及び前記第２流路部は、本体部に形成され、
前記本体部は前記第１流路部内の前記微粒子を認識可能な透明度を有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項12】

前記流体が前記第１流路部から前記第２流路部に向かって流れる第１方向における前記第２流路部の下端部における流路抵抗Ｒ _４－ と、前記流体が流れる前記第１流路部における前記第１方向と直交する第２方向の流路抵抗Ｒ _２ とが、Ｒ _２ ＜Ｒ _４－ を満たす、請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項13】

流体および微粒子が流れる第１流路部と、
前記第１流路部における上流端と下流端との間に接続され、前記流体が供給されるとともに、前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる第２流路部と、
前記第２流路部が前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させた場合に、前記第１流路部を流れる前記流体および前記微粒子を外部に吐出するノズルと、を備え、
前記第１流路部の両端は第１の配管により接続され、前記流体および前記微粒子は、前記第１の配管及び前記第１流路部を循環する、インクジェットヘッド。

【請求項14】

流体および微粒子が流れる第１流路部と、
前記第１流路部における上流端と下流端との間に接続され、前記流体が供給されるとともに、前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる第２流路部と、
前記第２流路部が前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させた場合に、前記第１流路部を流れる前記流体および前記微粒子を外部に吐出するノズルと、
を備え、
前記第２流路部は、前記第１流路部を流れる前記微粒子の位置に基づいて、前記微粒子を前記第２流路部に吸引した後、前記第２流路部に吸引した前記微粒子を前記ノズルから吐出するように前記第１流路部を流れる前記流体の圧力を変動させる、インクジェットヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインクジェットヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、再生医療の発展と共に、人工的に人体の臓器を生成する技術が注目されている。その中の一つにバイオ３Ｄプリンタが挙げられ、インクジェット技術が注目されている。バイオ３Ｄプリンタにおいてインクジェットヘッド内のインクを吐出する方式に、電圧を加えると変形するピエゾ素子等を用いる圧電加圧方式を用いる場合、加圧室に圧力を加えることでインクを吐出する。そのため、加圧室内に気泡が残存する場合、インクが吐出されないことが知られている。さらに、微粒子を含むインクを塗布する場合、流路内やノズルに微粒子が沈殿、堆積してしまうことも考えられる。これらの場合も、インクが吐出されない場合があることが知られている。

【0003】

これに対して、特許文献１には、液室底部にノズル穴の形成された膜状部材をもち、圧電素子により膜状部材を振動させることでノズル近傍の細胞溶液を安定吐出することができる液滴形成装置が開示されている。この装置では、液室を大気開放し、気泡の排出を可能とし、また、液室底部の膜状部材が振動することにより微粒子が沈殿・堆積することを低減することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１５００６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の液滴形成装置は吐出動作の際に膜状部材の振動により微粒子が液室底部に形成されたノズル近傍から遠ざかるため、微粒子の含まれないインクを吐出してしまうことが考えられる。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するもので、微粒子を含むインクを安定して吐出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するために、本発明におけるインクジェットヘッドは、流体および微粒子が流れる第１流路部と、第１流路部における上流端と下流端との間に接続され、流体が供給されるとともに、第１流路部を流れる流体の圧力を変動させる第２流路部と、第２流路部が第１流路部を流れる流体の圧力を変動させた場合に、第１流路部を流れる流体および微粒子を外部に吐出するノズルと、を備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明のインクジェットヘッドによれば、微粒子を含むインクを安定して吐出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施の形態に関わるインクジェットヘッドの断面図である。

【図2】図１におけるノズル近傍の部分拡大図であり、流路抵抗を説明するための図である。

【図3】図１におけるノズル近傍の部分拡大図であり、加圧ユニットの駆動によって吐出される流体が通る第１流路部の第１の領域を示す図である。

【図4】第１の実施の形態の変形例１に関わるインクジェットヘッドの断面であり、認識装置が微粒子を検出可能な第２の領域を示す図である。

【図5】第１の実施の形態の変形例２に関わる第１の駆動電圧波形を示す図である。

【図6A】図５に示す第１の駆動電圧波形にて加圧ユニットが駆動した場合におけるインクジェットヘッドの動作を示す図である。

【図6B】図５に示す第１の駆動電圧波形にて加圧ユニットが駆動した場合におけるインクジェットヘッドの動作を示す図である。

【図6C】図５に示す第１の駆動電圧波形にて加圧ユニットが駆動した場合におけるインクジェットヘッドの動作を示す図である。

【図7】第１の実施の形態の変形例２に関わる第２の駆動電圧波形を示す図である。

【図8】図７に示す第２の駆動電圧波形の第２駆動電圧にて加圧ユニットが駆動した場合におけるインクジェットヘッドの動作を示す図である。

【図9】図７に示す第２の駆動電圧波形の第１駆動電圧にて加圧ユニットが駆動した場合におけるインクジェットヘッドの動作を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、図１における上側および下側をそれぞれインクジェットヘッド１００の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれインクジェットヘッド１００の左方および右方として説明する。

【0011】

（第１の実施の形態）
＜インクジェットヘッド１００の構造＞
図１は第１の実施の形態に関わるインクジェットヘッド１００の断面図である。インクジェットヘッド１００は、第１の実施の形態においてバイオ３Ｄプリンタ（不図示）に用いられ、流体Ｌおよび微粒子Ｐを吐出するものである。

【0012】

流体Ｌおよび微粒子Ｐの種類は特に限定されず、バイオ３Ｄプリンタが製造する製造物に応じて適宜選択される。例えば、製造物が生体構造物である場合、流体Ｌは、浸透圧やｐｈを調整するための緩衝液、培養液や血清である。また、この場合、微粒子Ｐは生体由来の細胞である。

【0013】

図１においてインクジェットヘッド１００は、本体部１０１、第１流路部１０２、第２流路部１０３、ノズル１０４、および、加圧ユニット１０５を備えている。加圧ユニット１０５は、「変圧部」の一例である。

【0014】

本体部１０１は、直方体状に形成されている。本体部１０１には、第１流路部１０２および第２流路部１０３が形成されている。

【0015】

第１流路部１０２は、本体部１０１に断面Ｕ状に形成されている。第１流路部１０２は、微粒子Ｐを含む流体Ｌで満たされている。また、第１流路部１０２は、両端を連結する第１の配管（不図示）に接続され、微粒子Ｐを含む流体Ｌが流れ方向ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３の方向に循環する。流れ方向ｆ_１は、上方から下方に向かう方向である。流れ方向ｆ_２は、左方から右方に向かう方向である。流れ方向ｆ_３は、下方から上方に向かう方向である。なお、第１の配管の少なくとも一部は、第１流路部１０２より上方に配置されている。

【0016】

このように、第１流路部１０２にて流れ方向ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３に常に流体Ｌを循環させることで第１流路部１０２内の気泡を排出することが可能である。第１流路部１０２内の気泡は、具体的には、流体Ｌの流れによって第１流路部１０２の右端から排出され、浮力と流体の流れによって第１流路部１０２の上方に位置する第１の配管を経由し、配管の先につながるタンクやシリンジ等（不図示）の液面から装置外へ排出される。なお、第１流路部１０２内の気泡は、例えば、第１流路部１０２が空の状態から流体Ｌを供給するときに、第１流路部１０２内の空気が排出しきれなかった場合に発生する。また、第１流路部１０２内の気泡は、第１流路部１０２に供給される流体Ｌにはじめから混入している場合や、第１流路部１０２内の圧力バランスが崩れたために発生する負圧によって、空気がノズル１０４から第１流路部１０２に流入する場合にも発生する。

【0017】

第２流路部１０３は、本体部１０１に上下方向に沿って延びるように形成されている。第２流路部１０３の下端部は、第１流路部１０２における上流端と下流端との間に接続されている。第２流路部１０３の下端部は、第１流路部１０２における左右方向に延びる部位に接続されている。

【0018】

第２流路部１０３は、微粒子Ｐを含まない流体Ｌで満たされている。第２流路部１０３の上端部には、流体Ｌを供給する第２の配管（不図示）が接続されている。なお、第２の配管の少なくとも一部は、第２流路部１０３より上方に配置されている。これにより、第２流路部１０３内の気泡は、浮力によって上昇して、第２の配管から外部へ排出可能となる。

【0019】

第２流路部１０３の下端部には、流路抵抗部１０３ａが形成されている。流路抵抗部１０３ａは、流体Ｌの流れる方向によって異なる流路抵抗を有する。流路抵抗部１０３ａにおいて、図２に示すように、流体Ｌが第２流路部１０３から第１流路部１０２に向かって流れる方向を流れ方向ｆ_４の正方向とし、流れ方向ｆ_４の正方向における流路抵抗部１０３ａの流路抵抗をＲ_４＋とする。

【0020】

一方、流路抵抗部１０３ａにおいて、流体Ｌが第１流路部１０２から第２流路部１０３へ向かって流れる方向を流れ方向ｆ_４の負方向とし、流れ方向ｆ_４の負方向における流路抵抗部１０３ａの流路抵抗をＲ_４－とする。流路抵抗部１０３ａは、Ｒ_４＋＜Ｒ_４－となるように形成されている。

【0021】

さらに、第１流路部１０２において、流れ方向ｆ_４と直交する流れ方向ｆ_２の流路抵抗をＲ_２とした場合、流路抵抗部１０３ａは、Ｒ_２＜Ｒ_４－となるように形成されている。これにより、第１流路部１０２を流れる流体Ｌおよび微粒子Ｐは、第２流路部１０３へ流入することが抑制される。

【0022】

流路抵抗部１０３ａは、第２流路部１０３の上側から流れ方向ｆ_４の正方向に向かうにしたがって、流路断面積が小さくなるように形成されている。流路抵抗部１０３ａの流路断面積は、具体的には、流路抵抗部１０３ａにおいて流れ方向ｆ_４と直交する平面によって切断された流体Ｌが流れる部位の面積である。流路抵抗部１０３ａは、内周面が円錐状や角錐状となるように形成されている。なお、流路抵抗部１０３ａは、流れ方向ｆ_４の正方向への流体Ｌの流れが生じたときにのみ開く弁でもよい。

【0023】

ノズル１０４は、第１流路部１０２を流れる流体Ｌおよび微粒子Ｐを外部に吐出するものである。ノズル１０４は、第１流路部１０２の上流端と下流端との間の位置、具体的には、第１流路部１０２と第２流路部１０３との接続部の近傍に設けられた開口である。ノズル１０４は、直径を一定とする断面円状に形成されている。なお、ノズル１０４は、下方に向かうにしたがって直径が小さく、もしくは大きくなるテーパ形状や、断面矩形状に形成されてもよい。

【0024】

ノズル１０４は、より具体的には、流路抵抗部１０３ａの中心軸とノズル１０４の中心軸とが平行となるように、かつ、両中心軸のずれがノズル１０４の直径の半分未満になるように、第２流路部１０３の下端部に対向する位置に設けられている。

【0025】

さらに、ノズル１０４の流路断面積をＳ_１とし、第１流路部１０２における流路抵抗部１０３ａの開口面積をＳ_２とした場合、Ｓ_１＜Ｓ_２となるように、ノズル１０４および流路抵抗部１０３ａが形成されている。ノズル１０４の流路断面積であるＳ_１は、具体的には、流体Ｌを吐出する方向と直交する平面によって切断された流体Ｌが流れる部位の面積である。さらに、ノズル１０４において流体Ｌを吐出する方向に直交する方向の長さ（すなわちノズル１０４の直径）は、微粒子Ｐの直径の２倍以上であることが望ましい。

【0026】

また、ノズル１０４における流体Ｌを吐出する方向の流路抵抗をＲ_５とした場合、Ｒ_５は、第１流路部１０２における流れ方向ｆ_２の流路抵抗をＲ_２より大きくなるように形成されている（すなわちＲ_５＞Ｒ_２）。これにより、第１流路部１０２を循環する流体Ｌがノズル１０４から吐出されることが抑制される。

【0027】

加圧ユニット１０５は、第２流路部１０３に供給された流体Ｌの圧力を変動させるものである。加圧ユニット１０５は、圧電素子を含んで構成されたアクチュエータである。加圧ユニット１０５は、電気信号が加えられることにより変形する。第２流路部１０３内の流体Ｌを加圧するように加圧ユニット１０５が変形することによって、第２流路部１０３内の流体Ｌの圧力が、第１流路部１０２を流れる流体Ｌの圧力より高くなる。これにより、第２流路部１０３内の流体Ｌが、流れ方向ｆ_４の正方向に流れて、第１流路部１０２に流出する。

【0028】

さらに、このとき、第１流路部１０２におけるノズル１０４の近傍の流体Ｌの圧力が高くなるため、第１流路部１０２におけるノズル１０４の近傍を流れる流体Ｌおよび微粒子Ｐがノズル１０４から吐出する。具体的には、第１流路部１０２における第２流路部１０３とノズル１０４との間の第１の領域Ｒ１（図３）内にある微粒子Ｐを含む流体Ｌが、ノズル１０４から吐出される。第１の領域Ｒ１の大きさは、ノズル１０４の直径、第１流路部１０２の流れ方向ｆ_２に直交する方向の長さ、加圧ユニット１０５の変形量や振動数などのパラメータ、流路抵抗部１０３ａの形状や各流路抵抗であるＲ_２，Ｒ_４＋，Ｒ_４－，Ｒ_５を変更することによって、調整することができる。

【0029】

なお、本体部１０１の材質としては特に限定はないが、加圧ユニット１０５によって生じた圧力の減衰が生じにくい材質が望ましい。また、微粒子Ｐを含む流体Ｌを循環させるため、微粒子Ｐが付着しにくい材質が望ましい。本体部１０１の材質には、例えば、金属材料やセラミック材料、ある程度硬さのある高分子材料を用いることができる。金属材料は、具体的には、ステンレス鋼、ニッケルおよびアルミニウム等である。セラミック材料は、具体的には、アルミナ、ジルコニアおよび二酸化ケイ素等である。

【0030】

また、本体部１０１の材質としては、微粒子Ｐとして細胞を扱う際には、細胞が付着しにくいことが望ましい。細胞膜を模したポリマーで本体部１０１をコーティングすることで、細胞を付着しにくくすることもできる。コーティング材は、例えば、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマーである。

【0031】

また、加圧ユニット１０５を、第２流路部１０３の上端部以外に配置してもよい。例えば、第２流路部１０３に接続された第２の配管（不図示）に加圧ユニット１０５を配置してもよい。

【0032】

この場合、加圧ユニット１０５が変形することにより、第２の配管が変形し、第２の配管内の流体Ｌの圧力が変動する。さらに、加圧ユニット１０５によって発生した流体Ｌの圧力変動が第２の配管を経由して第２流路部１０３内に伝播し、第２流路部１０３内の流体Ｌの圧力が変動する。

【0033】

また、この場合における加圧ユニット１０５を構成する圧電素子としては、薄膜圧電素子または積層圧電素子を用いても良い。薄膜圧電素子は、積層圧電素子に比べて、低出力だが、入力に対する出力応答が速い。積層圧電素子は、例えば、ピエゾプレート上にチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）のシートと導電膜とが複数積層されることによって構成される。

【0034】

なお、加圧ユニット１０５は、圧電素子を含んで構成されているが、圧電素子に代えて、昇温素子にしてもよい。昇温素子は、第２流路部１０３内の流体Ｌを局所的に加熱する。これにより、第２流路部１０３内の流体Ｌが沸騰して気泡が一時的に発生するため、第２流路部１０３内の流体Ｌの圧力が高くなり、上述したようにノズル１０４から流体Ｌおよび微粒子Ｐが吐出する。

【0035】

なお、この場合、本体部１０１に熱伝導性の低い材質を用いることにより、昇温素子から第１流路部１０２への熱の伝達を抑制する。また、第２流路部１０３は微粒子Ｐを含まない流体Ｌで満たされているため、微粒子Ｐが熱に比較的弱い場合でも、加圧ユニット１０５に昇温素子を採用することができる。

【0036】

＜インクジェットヘッドの液滴形成過程＞
次に、実施の形態１のインクジェットヘッド１００の動作について説明する。

【0037】

はじめに、流体Ｌが第２の配管から第２流路部１０３に供給される。第２流路部１０３が流体Ｌで満たされると、第２流路部１０３への流体Ｌの供給が停止される。次に、微粒子Ｐを含む流体Ｌが、第１の配管から第１流路部１０２に供給され、第１流路部１０２を循環する。このとき、上述したように、第１流路部１０２から第２流路部１０３へ流体Ｌが流入すること、および、ノズル１０４から外部へ流体Ｌが吐出することが抑制されている。

【0038】

次に、加圧ユニット１０５に電気信号が加えられる。これにより、上述したように第２流路部１０３内の流体Ｌが加圧され、第１流路部１０２へ流出する。さらに、第１流路部１０２の第１の領域Ｒ１を流れる微粒子Ｐを含む流体Ｌがノズル１０４より外部に吐出される。外部に吐出された流体Ｌは、液滴化する。

【0039】

上述したように、第１流路部１０２における流体Ｌの循環によって、流体Ｌ内の気泡が排出されるため、気泡が原因となってノズル１０４から流体Ｌが吐出されないことが抑制される。また、この流体Ｌの循環によって、微粒子Ｐの沈殿や堆積によるノズル１０４の詰まりを抑制することができる。

【0040】

さらに、微粒子Ｐである細胞と親和性の高い流体Ｌが使用されている場合には、流体Ｌは、一般的なインクジェットヘッド１００で用いられるインクに比べて沸点が低い。よって、ノズル１０４に生じるメニスカスが乾燥して、ノズル１０４を塞いでしまい、ノズル１０４から流体Ｌが吐出されないことが考えられる。これに対して、流体Ｌの流れがノズル１０４の近傍に生じるため、メニスカスの乾燥ひいてはノズル１０４から流体Ｌが吐出されないことが抑制される。

【0041】

（第１の実施の形態の変形例１）
次に、図４を参照しながら第１の実施の形態の変形例１を説明する。第１の実施の形態の変形例１において図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

【0042】

第１の実施の形態の変形例１では、インクジェットヘッド１００を備える３Ｄプリンタが、認識装置２００および吐出制御装置３００を備えている。なお、インクジェットヘッド１００が、認識装置２００および吐出制御装置３００の少なくとも一方を備えてもよい。

【0043】

認識装置２００は、第１流路部１０２を流れる微粒子Ｐを検出するものである。認識装置２００は、具体的には、第１流路部１０２を流れる微粒子Ｐの位置、微粒子Ｐの種類や大きさ、真円度や速度などを検出する。認識装置２００は、例えば高速度カメラである。

【0044】

図４において、二点鎖線にて囲まれた第２の領域Ｒ２は認識装置２００の視野を示している。認識装置２００の視野の大きさは限定しないが、第１の領域Ｒ１より大きくすることが望ましい。認識装置２００の検出結果は、吐出制御装置３００に出力される。

【0045】

吐出制御装置３００は、認識装置２００の検出結果に基づいて、加圧ユニット１０５を制御するものである。吐出制御装置３００は、特定の微粒子Ｐをノズル１０４から吐出するように加圧ユニット１０５を制御する。例えば特定の大きさの微粒子Ｐが第１の領域Ｒ１（図３）内に位置するタイミングで、第１の領域Ｒ１内の流体Ｌがノズル１０４から吐出されるように、吐出制御装置３００は、加圧ユニット１０５に電気信号を加える。これにより、特定の大きさの微粒子Ｐを含む流体Ｌがノズル１０４から吐出される。

【0046】

したがって、特定の大きさ以外の微粒子Ｐ、例えば凝集した微粒子Ｐや、想定を超える大きさの微粒子Ｐを吐出しようとすることによるノズル１０４の詰まりを防止することができる。さらに、特定の微粒子Ｐを吐出することができるため、吐出する微粒子Ｐの質を安定させることができる。

【0047】

なお、認識装置２００には、上述したように高速度カメラが用いられているが、これに代えて、一般的なインクジェットヘッド１００に用いられている吐出観察装置（不図示）を用いてもよい。吐出観察装置は、ノズル１０４から吐出された流体Ｌの大きさ、速度や角度などを検出するものである。この場合、本体部１０１に透明度が高い材料を用いることで、吐出された流体Ｌと第１流路部１０２内の微粒子Ｐを同時に認識することが可能である。

【0048】

さらに、認識装置２００に吐出観察装置を用いる場合、第１流路部１０２を循環する流体Ｌの流量Ｑは第１流路部１０２内の微粒子Ｐの流速Ｖと第１流路部１０２の流路断面積Ｓを用いてＱ＝Ｓ×Ｖの関係より算出できる。よって、流体Ｌが循環する流量の安定性および吐出される流体Ｌの安定性を同時に常時監視することができるため、製造物の品質の安定化を図ることができる。

【0049】

なお、認識装置２００は高速度カメラに限られず、第１流路部１０２内にフォトセンサ（不図示）を複数配置して、微粒子Ｐの速度を検出しても良い。フォトセンサは、例えば、透過型のフォトセンサである。フォトセンサを用いる場合、微粒子Ｐを検出する処理時間を短縮することができるため、微粒子Ｐを含む流体Ｌを比較的短時間で連続的に吐出することが可能となる。

【0050】

（第１の実施の形態の変形例２）
次に、図５～図９を参照しながら第１の実施の形態の変形例２を説明する。第１の実施の形態の変形例２において図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、第１の実施の形態の変形例２においても、認識装置２００および吐出制御装置３００が構成されている。

【0051】

図５および図７は、吐出制御装置３００が加圧ユニット１０５に加える電気信号の波形である駆動電圧波形を示している。図５に示す第１の駆動電圧波形においては、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、駆動電圧は、基準電圧から第１駆動電圧に上昇する。第１駆動電圧が加えられた加圧ユニット１０５は、第２流路部１０３内の流体Ｌを加圧するように作動する。図５に示される駆動電圧波形が加圧ユニット１０５に印可された場合におけるインクジェットヘッド１００の動作について図６Ａ～図６Ｃを用いて説明する。

【0052】

第１流路部１０２に微粒子Ｐおよび流体Ｌが循環しているため、図６Ａに示すように、ノズル１０４の近傍においては、微粒子Ｐがノズル１０４の左方から右方に向けて移動する。続けて、微粒子Ｐが第１の領域Ｒ１に入るタイミングで第１の領域Ｒ１内の流体Ｌに圧力変動が生じるように、加圧ユニット１０５に第１駆動電圧が印加される（時刻ｔ１～時刻ｔ２）。これにより、図６Ｂに示すように、微粒子Ｐがノズル１０４から流体Ｌとともに吐出される。さらに、図６Ｃに示すように、ノズル１０４から吐出された微粒子Ｐを含む流体Ｌが液滴化する。

【0053】

図７に示す駆動電圧波形において、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、駆動電圧は、基準電圧から第２駆動電圧に降下する。第２駆動電圧が加えられた加圧ユニット１０５は、第２流路部１０３内を負圧にするように作動する。続けて、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、駆動電圧は、基準電圧を維持する。さらに、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間、駆動電圧は、基準電圧から第１駆動電圧に上昇する。図７に示される駆動電圧波形が加圧ユニット１０５に印可された場合におけるインクジェットヘッド１００の動作について図８および図９を用いて説明する。

【0054】

微粒子Ｐが第１の領域Ｒ１に入るタイミングで第１の領域Ｒ１内の流体Ｌに圧力変動が生じるように、加圧ユニット１０５に第２駆動電圧が印加される（時刻ｔ３～時刻ｔ４）。これにより、第２流路部１０３内が負圧になるため、第１流路部１０２から第２流路部１０３への流体Ｌの流れが生じ、図８に示すように、微粒子Ｐが第２流路部１０３に吸引される。

【0055】

駆動電圧が基準電圧に戻った場合、加圧ユニット１０５が作動しないため、第２流路部１０３の流体Ｌは圧力変動しない。よって、吸引された微粒子Ｐは、第２流路部１０３内に保持される（時刻ｔ４～時刻ｔ５）。その後、加圧ユニット１０５に第１駆動電圧が印加される（時刻ｔ５～時刻ｔ６）。これにより、図９に示すように、第２流路部１０３にある微粒子Ｐがノズル１０４から流体Ｌとともに吐出される。

【0056】

このように、微粒子Ｐを第２流路部１０３に吸引した後にノズル１０４から吐出するため、第１流路部１０２を流れる微粒子Ｐが第１の領域Ｒ１内に位置するタイミングによらずに、微粒子Ｐをノズル１０４から吐出することができる。このことは、製造物が生体構造物の際に、希少な細胞を適切な位置へパタニングしなければならない際に、製造時間の短縮を可能とし、細胞へのダメージを抑制することができる。

【0057】

以上、好ましい形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0058】

例えば、認識装置２００の検出結果と、本発明のインクジェットヘッド１００を搭載した装置のステージ等のワークの搬送記録とを合わせることで、製造物のどこにどのような微粒子Ｐを吐出したかを記憶することも可能である。これにより、製造物のトレーサビリティを向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本発明は、インクジェットヘッドに広く利用可能である。

【符号の説明】

【0060】

１００ インクジェットヘッド
１０１ 本体部
１０２ 第１流路部
１０３ 第２流路部
１０３ａ 流路抵抗部
１０４ ノズル
１０５ 加圧ユニット（変圧部）
２００ 認識装置
３００ 吐出制御装置
Ｌ 流体
Ｐ 微粒子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】