CN112874158B - 液体喷射单元和液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种液体喷射单元包括：液体保持部，该液体保持部具有喷射端口并保持该液体，通过该喷射端口喷射液体；压力调节部，该压力调节部配置为调节保持在液体保持部中的液体的压力；以及位移构件，该位移构件配置为使其压力被调节的液体的至少一部分位移并从液体保持部喷射液体。

Description

液体喷射单元和液体喷射装置

技术领域

本发明涉及液体喷射单元和液体喷射装置。

要求2019年11月29日提交的日本专利申请号2019-217527的优先权，其内容通过引用并入于此。

背景技术

在现有技术中(例如，参考日本专利号5716213)，已知一种将诸如墨水之类的液体材料(液体)喷射到期望位置的液体喷射装置。在日本专利号5716213中描述的液体喷射装置中，压电元件设置在管的设置在喷射头中的一部分中。这样的液体喷射装置在按压液体的同时将液体推出到流路中，并通过利用压电元件使流路收缩和变形来喷射液体。

发明内容

在如日本专利号5716213中描述的液体喷射装置中，需要喷射各种液体来代替相关技术中的二维打印时使用的墨水。例如，要喷射的液体可以是分散液体以及溶液。分散液体中包含的分散体的示例包括有机材料，例如树脂材料；无机材料，例如金属颗粒和氧化物颗粒；以及生物材料，例如细胞(cell)和基因。

这样的各种液体具有各种粘性，并且许多液体具有比相关技术中的二维打印中使用的墨水更高的粘性。日本专利号5716213中描述的液体喷射装置通过压电元件的驱动使流路变形，并且通过该流路推出液体。

然而，如果要喷射的液体具有高粘性，则即使当从压电元件向流路施加压力时，液滴也可能形成在液体喷射装置的喷射端口上，同时保持附着在喷射端口上，并且在某些情况下，液滴可能不会飞到液体喷射到其上的物体上。也就是说，由于日本专利号5716213中描述的液体喷射装置不适用于喷射高粘性液体，因此需要能够喷射高粘性液体的液体喷射装置。

鉴于这样的情况而做出本发明，并且本发明的目的是要提供一种能够适当地喷射高粘性液体的液体喷射单元。此外，本发明的另一个目的是要提供一种具有这样的液体喷射单元并且能够适当地喷射高粘性液体的液体喷射装置。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种液体喷射单元，该液体喷射单元包括：液体保持部，该液体保持部具有喷射端口并保持该液体，通过该喷射端口喷射液体；压力调节部，该压力调节部配置为调节保持在所述液体保持部中的液体的压力；位移构件，该位移构件配置为使其压力被调节的液体的至少一部分位移并从液体保持部喷射液体。

根据本发明，可以提供一种能够适当地喷射高粘性液体的液体喷射单元。此外，可以提供具有这样的液体喷射单元并且能够适当地喷射高粘性液体的液体喷射装置。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的液体喷射单元和液体喷射装置的示意性透视图；

图2是示出液体喷射单元的示意图；

图3A至图3D是示出液体喷射单元喷射液体L的状态的说明图；

图4是根据第二实施例的液体喷射单元和液体喷射装置的说明图；

图5是根据第三实施例的液体喷射单元和液体喷射装置的说明图；

图6是根据第四实施例的液体喷射单元和液体喷射装置的说明图。

具体实施方式

[第一实施例]

下面将参照图1至图3描述根据本发明的第一实施例的液体喷射单元和液体喷射装置。在所有以下附图中，为了使附图看起来容易，构成元件的尺寸、比例等可以适当地改变。

在下面的描述中，利用了xyz直角坐标系，并且将参照该xyz直角坐标系描述各个构件之间的位置关系。在此，将水平面内的规定方向假定为x轴方向，将与x轴方向正交的水平面内的方向假定为y轴方向，与x轴方向和y轴方向正交的方向(即，竖直方向)是z轴方向。

另外，将竖直方向上的向上方向假定为+z方向，并且将竖直方向上的向下方向假定为-z方向。类似地，单词“上方(above)”，“向上(upward)”和“上(upper)”分别假定为是指+z方向。单词“下方(below)”，“向下(downward)”和“下(lower)”分别假定为是指-z方向。

此外，在下面的描述中，措辞“当在平面视图中观看时”被假定为是从上方观看物体，并且“平面形状”假定为是当从上方观看物体时的形状。

图1是示出液体喷射单元101和液体喷射装置1的示意性透视图。如图1所示，该实施例中的液体喷射装置1包括配置为保持液体并喷射保持的液体的喷射部10、喷射的液滴粘附到其上的附着部30、附着部30放置在其上的放置部40，以及配置为控制液体喷射装置1的各单元的操作的控制单元50。

液体喷射装置1朝向附着部30喷射保持在喷射部10中的液体。从液体喷射装置1喷射的液体不受特别限制，并且可以是包含其中分散有颗粒的分散介质的分散液体或液溶液。

分散在分散介质中的颗粒的示例包括有机材料，诸如聚合物颗粒；以及无机材料，诸如细金属颗粒和无机氧化物颗粒。此外，细胞可以用作颗粒。

在该实施例中，将提供一描述，其中假定使用液体喷射装置1喷射的液体为在分散介质中分散有细胞的分散液体。在此情况下，作为分散介质，可以使用众所周知的缓冲溶液，例如磷酸盐缓冲盐水和汉克平衡盐溶液。

<喷射部>

喷射部10包括多个(在图1中为四个)液体喷射单元101和配置为输送每个液体喷射单元101的输送部130。

多个液体喷射单元101可以喷射相同的液体L或者可以喷射彼此不同的液体L。在下面的描述中，使用液体喷射单元喷射的液体L是其中分散有颗粒P的分散液体。

(液体喷射单元)

液体喷射单元101包括液体喷射头110和连接至液体喷射头110的压力调节部120A。

稍后将描述液体喷射单元101的细节。

(输送部)

输送部130包括支撑构件131和线性移动部132。

支撑构件131是在平面视图中看时的矩形构件，并且支撑多个液体喷射头110。多个液体喷射头110由支撑构件131支撑并且沿着x轴布置。

线性移动部132是在y轴方向上延伸的长构件。线性移动部132使支撑构件131在y轴方向上水平移动。线性移动部132的两端由支撑构件(未示出)支撑。

线性移动部132可以采用例如包括步进电动机作为驱动源的已知线性致动器。

输送部130使支撑构件131沿y轴方向移动，从而使由支撑构件131支撑的多个喷射单元11沿y轴方向即由附图标记D1表示的双箭头方向移动。

<附着部>

附着部30沿从喷射部10喷射的液滴L1的喷射方向布置，并具有粘附在其上液滴L1。尽管根据要喷射的液体L的类型、喷射的目的等，附着部30可以是任何类型的，但是在该实施例中，使用培养皿作为附着部30。

另外，附着部30可以是其中多个孔以等间隔布置成矩阵形式的所谓的孔板，或者可以是其中规则地布置有微电极的微电极阵列(MEA)。

<放置部>

放置部40包括x平台401、y平台402和基座403。

x平台401具有放置在其上的附着部30，并支撑和固定附着部30。此外，x平台401在x轴方向上水平移动附着部30，该x轴方向是由附图标记D2表示的双箭头方向。

y平台402沿x轴方向水平移动x平台401，y轴方向是由附图标记D3表示的双向箭头方向。

基座403支撑y平台402。

放置部40可以采用已知的构造作为xy平台。

输送部130和放置部40控制液体喷射单元101和附着部30的相对位置。因此，在液体喷射装置1中，可以将从液体喷射单元101喷射的液体粘附到在附着部30上的所需位置。

<控制单元>

控制单元50执行控制以产生用于操作液体喷射装置1的每个单元的信号，并将该信号提供给每个单元。

控制单元50控制每个单元的操作以产生例如要供应到喷射部10的驱动信号和要供应到放置部40的驱动信号，并且将该信号供应到每个单元。

<液体喷射单元>

图2是示出液体喷射单元101的示意图。

液体喷射头110包括液体保持部111、支撑部112、位移构件113和管115。

压力调节部120A包括供应部121和检测单元122。

<液体喷射头>

(液体保持部)

液体保持部111是大致平行于作为液体喷射方向的z轴方向延伸的管状部件。液体保持部111例如由玻璃或树脂材料等材料形成。液体保持部111的面向内部111x的壁表面可以根据流过内部的液体L的特性进行拒液处理或亲液处理。结果，根据本发明的目的，液体喷射头能够适当地喷射液体。

液体保持部111可以是管状构件或在其中形成有流路的板状构件。

理想的是，液体保持部111具有透光性，使得可以检查流过内部的液体L的状态。

液体保持部111的内径沿-z方向逐渐减小。液体保持部111的下端开口为喷射端口111a。例如，液体保持部111的外径为几毫米。此外，喷射端口111a的内径为数十μm以上且数百μm以下。液体保持部111的上端连接至管115。

液体保持部111通过喷射端口111a在-z方向上喷射液体L。

(支撑部)

支撑部112以可附接或可拆卸的方式支撑液体保持部111。支撑部112可以采用各种公知的构造，只要它们可以支撑液体保持部111即可。

支撑部112包括支撑主体112a，其支撑液体保持部111；以及螺钉112x，其将液体保持部111固定至支撑主体112a。

在图2中，支撑主体112a示出为长方体构件，其具有将液体保持部111插入其中的插入部112b。螺钉112x以螺钉方式固定插入到插入部112b中的液体保持部111。

(位移构件)

位移构件113是在平面视图中观察时设置在支撑主体112a的上表面112s上的矩形构件。在图1中，当在平面视图中观察时的位移构件113的形状示出为正方形。例如，当在平面视图中观察时的位移构件113的形状是几毫米×几毫米的正方形。

位移构件113设置在当在平面视图中观察时位移构件113和液体保持部111重叠的位置。当在平面视图中观察时的位移构件113的形状比在平面视图中观察时的液体保持部111的形状大。在平面视图中观察时的位移构件113的形状为正方形。正方形的一侧的长度比液体保持部111的外径长。

位移构件113具有粘附到支撑主体112a的上表面112s的下表面113ad和粘附到支撑构件131的下表面131a的上表面113b。

尽管可以使用压电元件、由磁体和线圈构成的致动器等作为位移构件113，但是期望使用压电元件。压电元件可以具有例如其中用于施加电压的电极设置在压电材料的上表面和下表面上的结构。在此情况下，位移构件113通过从控制单元50在位移构件113(压电元件)的上下电极之间施加电压而在上下电极的横向方向上施加压缩应力。由此，位移构件113沿膜表面的向上/向下方向(在图中由附图标记D4表示的双向箭头方向)振动。

位移构件113的振动方向是z轴方向，并且被设定为与液体L的喷射方向大致平行。这里，措辞“大致平行”中的词“大致”表示不要求位移构件113的振动方向和液体L的喷射方向在数学上严格平行于z轴。例如，当液体L的喷射方向(即，z轴方向)为0°时，位移构件113的振动方向可以相对于z轴在±10°以内倾斜。

通过执行上述操作，位移构件113使支撑部112与液体L的喷射方向大致平行地位移，并且进一步使由液体保持部111保持的液体L和由支撑部112支撑的液体保持部111的至少一部分位移。

在本说明书中，“位移”是指改变对象的位置。另外，在该实施例中，“位移”表示对象改变xyz直角坐标系中的坐标。在此意义上，液体保持部111的位移是指在xyz直角坐标系中改变液体保持部111的坐标。在该实施例中，由于位移构件113的振动，液体保持部111在z轴方向上位移。

压电材料没有特别限制并且可以根据其目的适当地选择。另外，其示例包括锆钛酸铅(PZT)、氧化铋铋、铌酸金属、钛酸钡，以及通过向这些材料添加金属或其他氧化物而获得的材料。其中，锆钛酸铅(PZT)是优选的。

(管)

管115将液体保持部111连接至压力调节部120A。管115包括第一管115a、第二管115b、第三管115c和分支管115d。

第一管115a、第二管115b和第三管115c是由软树脂材料形成的管。软树脂材料的示例包括聚氨酯、硅橡胶、氟树脂等。

分支管115d是三通管(三通接头)，并且可以采用公知的构造。

在管115中，第一管115a的一端连接至液体保持部111的上端。第一管115a的另一端连接至分支管115d。

第二管115b和第三管115c连接到分支管115d。第二管115b的一端连接到分支管115d，另一端连接到供应部121。第三管115c的一端连接到分支管115d，另一端连接到检测单元122。

<压力调节部>

(供应部)

供应部121经由液体保持部111和管115连接，并且在封闭系统中将液体L供应到液体保持部111。供应部121可以是任何可以供应液体的部分，例如可以是利用重力等供应液体L的部分，并且可以是可以使用微量泵(例如注射泵、管泵或隔膜泵)以所需速率供应液体的部分。

另外，供应部121还可以具有作为调节部的功能，该调节部调节保持在液体保持部111中的液体L的压力。具体地，如果从供应部121向液体保持部111供给液体L，则液体L的压力增加。另外，如果供应部121从液体保持部111抽吸液体L，则液体L的压力降低。

(检测单元)

检测单元122检测保持在液体保持部111中的液体L的压力。例如，可以采用半导体膜片型压力传感器用于检测单元122。

图3A至图3D是示出其中液体喷射单元101喷射液体L的状态的说明图，并且是示出液体保持部111的喷射端口111a附近的状态的示意图。

图3A示出了处于静止状态的液体保持部111。

如果将液体L供应到液体保持部111的内部111x，则由于液体L的表面张力而在液体保持部111中发生毛细现象。因此，用于在液体保持部111中沿+z方向拉起液体L的力F1被施加到液体L。

另一方面，重力沿-z方向施加到液体L。此外，根据液体L的压力，从喷射端口111a向外部向喷射端口111a附近的液体L施加力。因此，在-z方向上将液体保持部111中的液体L向下推动的力F2施加至液体L。

在液体保持部111中，在力F2小于力F1的状态下，即使液体保持部111的下端开口，液体L也被保持在液体保持部111的内部111x中，而没有通过喷射端口111a排出。

随后，如图3B所示，将液体L从供应部121供应至液体保持部111。在液体喷射单元101中，液体保持部111至压力调节部120A以封闭系统连接。由于该原因，如果将液体L从供应部121供应到液体保持部111，则在液体保持部111中，液体L根据液体L的供应压力被加压。因此，在液体保持部111中，沿-z方向向下推动液体L的力F3大于图3A中的力F2。

此时，如果提供力F1大于力F3的状态，则在液体保持部111的喷射端口111a中，液体L被保持在喷射端口111a中。另一方面，由于力F3大于力F2，因此喷射端口111a中的液体L沿-z方向被推出，突出并形成弯液面LM。

随后，如图3C所示，如果位移构件113使液体保持部111位移，则由于位移构件113的振动，在z方向上施加的惯性力被施加到液体L和弯液面LM。因此，在喷射端口111a中，沿-z方向向下推动液体L的弯液面LM的力F4大于图3B中的力F3。

如果力F4大于力F1，则弯液面LM的形状不能保持在喷射端口111a中。另外，如图3D所示，弯液面LM与喷射端口111a分离并且作为液滴L1飞行。

如果连续地驱动供应部121，如图3B所示，则液体L从供应部121被连续地供应到液体保持部111。此外，如果位移构件113被连续地驱动，则液体保持部111在z轴方向上连续地振动。由于该原因，如果连续驱动供给部121和位移构件113，则在液体保持部111中，反复发生图3B至图3D所示的现象，并能够连续地喷射液滴L1。

在此，图2所示的压力调节部120A的检测单元122对利用供应部121加压的液体L的压力进行检测。当使用液体喷射装置1时，可取的是，通过初步实验来预先检查液体L的压力与要喷射的液滴L1的状态之间的对应关系。因此，可以检查其中能够适当喷射液滴L1的液体L的压力。

“要喷射的液滴L1的状态”的示例包括液滴L1的体积、液滴L1在附着部30中的粘附位置等。

另外，液体L的适当压力被预先输入到控制单元50作为当喷射液体时的液体L的压力。控制单元50基于检测单元122的检测结果来调节液体L的压力，使得液体L的压力接近液体L的喷射压力的预定设定值。

也就是说，当检测单元122的检测结果高于设定压力时，控制单元50控制供应部121，使得要从供应部121供应的液体L的量减少。

此外，当检测单元122的检测结果低于设定压力时，控制单元50控制供应部121，使得要从供应部121供应的液体L的量增加。

因此，液体喷射单元101可以基于检测单元122的检测结果适当地调节液体L的压力并且喷射液滴L1。

如上所述的，在该实施例中的液体喷射单元101中，调节保持在液体保持部111中的液体L的压力的压力调节部120A和使液体保持部111位移的位移构件113被配置为具有不同的构造。因此，实现了以下效果。

首先，考虑液体喷射单元不具有如上所述的配置为调节液体L的压力的构造的情况。在此情况下，根据从液体保持部111中的液体L的液体表面到喷射端口的高度(深度)来确定液体保持部111的喷射端口111a中的液体L的压力。在这样的情况下，当要喷射高粘性的液体L时，可能需要增加液体保持部111的尺寸并增加从液体表面到喷射端口的高度。

另一方面，该实施例中的液体喷射单元101包括压力调节部120A，该压力调节部120A被配置为调节保持在液体保持部111中的液体L的压力。由于该原因，当要喷射高粘性的液体L时，可以通过利用压力调节部120A调节施加在液体保持部111的液体L上的压力来适当地调节液体L的压力。因此，在该实施例的液体喷射单元101中，可以减小装置的尺寸。

另外，如在液体喷射单元101中那样，当配置为将液体L供应至液体保持部111的供给部121调节液体L的压力时，也可以将该构造作为分配器来利用以通过连续地从供应部121供应液体L来从液体喷射单元101连续地排放液体L。

此外，例如，对于液体喷射单元，可以考虑如下构造：其中液体流过的流路的一部分变形，保持在液体保持部中的液体的一部分位移，以及喷射液体。在此情况下，如果要喷射高粘性液体，则有必要使流动路径的一部分大大或强烈地变形。例如，如果在流路变形的构造中采用压电元件，则为了使流路的一部分大大地或强烈地变形，可能需要增大压电元件的尺寸。

另一方面，由于位移构件113和压力调节部120A在液体喷射单元101中是分开的主体，因此可以独立地控制在图3B的状态下的压力调节部120A的操作和在图3C和3D的状态下的位移构件113的操作。因此，例如，当喷射粘性不同的液体时，当根据液体的粘性调节压力调节部120A的驱动条件时，可以通过在恒定的驱动条件下简单地驱动位移构件113来适当地喷射液体。

另外，如图3A至图3D所示，在液体喷射单元101中，位移构件113和压力调节部120A共享施加以从液体保持部111喷射液体L的力(施加以将力F2改变为力F4的力)。由于该原因，即使位移构件113较小，也能够适当地喷射液体L。因此，在该实施例的液体喷射单元101中，能够减小装置的尺寸。

根据具有上述构造的液体喷射单元101，可以提供一种可以适当地喷射高粘性液体的液体喷射单元。

另外，根据具有上述构造的液体喷射装置1，由于提供了上述液体喷射单元，因此能够适当地喷射高粘性的液体。

尽管在该实施例中，压力调节部120A使用供应部121将液体L供应到液体保持部111并且对液体L加压，但是使用压力调节部120A对液体L的压力调节不限于此。压力调节部120A可以从液体保持部111抽吸液体L，并且将液体L的压力调节为减小。

在此情况下，例如，首先，当利用压力调节部120A将液体保持部111的内部设定为负压时，将喷射端口111a的弯液面吸入到液体保持部中。之后，可以通过在弯液面自然返回到喷射端口111a的时刻或在通过使用压力调节部120A进行加压而将液体保持部111的内部设定为正压力的时刻使位移构件113和液体保持部111位移来喷射液滴。

如果通过在降低液体L的压力的状态下驱动位移构件113来喷射液体L，则所产生的液滴L1的直径倾向于小于当喷射加压液体L时液体L1的直径。

此外，尽管在该实施例中的液体喷射装置1具有多个液体喷射单元101，但是本发明不限于此。另外，可以使用仅具有一个液体喷射单元101的构造。

另外，在该实施例中，虽然位移构件113使液体L与液体喷射单元101中液体L的喷射方向大致平行地位移，但本发明不限于此。即使位移构件113被配置为使液体L在与液体L的喷射方向相交的方向上移动，也可以适当地喷射高粘性液体，并且可以使液体喷射单元被配置为解决本发明的问题。

[第二实施例]

图4是根据本发明的第二实施例的液体喷射单元和液体喷射装置的说明图，并且是与图2对应的图。该实施例中的液体喷射单元102与第一实施例中的液体喷射单元101部分相同。因此，在该实施例中，与第一实施例相同的构造元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

液体喷射单元102包括液体喷射头110和压力调节部120B。

该实施例中的液体喷射装置2具有将上述的液体喷射装置1中的液体喷射单元101替换为液体喷射单元102的构造。

(压力调节部)

压力调节部120B包括供应部121和检测单元123。

供应部121经由液体保持部111和管116连接。管116可以具有与上述第一管115a相同的构造。

检测单元123是观察装置，其被配置为观察使用喷射端口111a形成的弯液面的状态。“弯液面的状态”包括选自由弯液面的形状和体积以及弯液面的形成位置组成的组中的至少一种。检测单元123的示例包括被配置为捕获弯液面的成像装置和被配置为检测弯液面的位置、尺寸和形状的激光测量装置。

通过连续检测弯液面的位置，可以检测弯液面的移动状态。“弯液面的移动状态”包括通过驱动位移构件而引起的弯液面的振动的振幅和相位。

当使用包括液体喷射单元102的液体喷射装置2时，使用预备实验预先检查弯液面的状态与液体L的压力之间的对应关系。

弯液面的状态根据液体L的压力而变化。因此，即使不直接测量液体L的压力，液体喷射单元102也可以通过使用检测单元123检查弯液面的状态来间接检测液体L的压力。

另外，通过预备实验，预先检查液体L的压力与要被喷射的液滴L1的状态之间的对应关系。

液体L的合适压力被预先输入到控制单元500作为当喷射液体时的液体L的压力。此外，弯液面的状态与液体L的压力之间的对应关系被预先存储在控制单元50中。这样的控制单元50基于检测单元123的检测结果从弯液面的状态间接地检测液体L的压力，并调节液体L的压力以接近液体L的喷射压力的预定设定值。

也就是说，当从检测单元123的检测结果间接检测到的液体L的压力高于设定压力时，控制单元50控制供应部121以减少要从供应部121供应的液体L的量。

此外，当从检测单元123的检测结果间接检测出的液体L的压力低于设定压力时，控制单元50控制供应部121以增加要从供应部121供应的液体L的量。

因此，液体喷射单元102可以基于检测单元123的检测结果适当地调节液体L的压力，并且喷射液滴L1。

尽管在该实施例中，检测单元123检测在喷射端口中形成的弯液面的状态，但是本发明不限于此。当液滴L1飞行时，检测单元123可以观察从液体保持部111喷射的液滴L1的状态。

“液滴L1飞行时的液滴L1的状态”包括选自由液滴L1的形状和体积、液滴L1的速度以及液滴L1的飞行位置组成的组中的至少一种。检测单元123的示例包括配置为捕获液滴L1的成像装置和配置为检测液滴L1的尺寸、形状和移动的激光测量装置。

当使用包括液体喷射单元102的液体喷射装置2时，使用初步实验预先检查液滴L1的状态与液体L的压力之间的对应关系。

液滴L1的状态根据液体L的压力而变化。因此，即使没有直接测量液体L的压力，液体喷射单元102也可以通过使用检测单元123来检查液滴L1的状态来间接地检测液体L的压力。

此外，使用预备实验预先检查液体L的压力与要喷射的液滴L1的状态之间的对应关系。

液体L的适当压力被预先输入到控制单元50作为喷射液体时的液体L的压力。此外，弯液面的状态与液体L的压力之间的对应关系被预先存储在控制单元50中。这样的控制单元50基于检测单元123的检测结果从液滴L1的状态间接地检测液体L的压力，并且调节液体L的压力以接近液体L的喷射压力的预定设定值。液体L的压力调节方法可以与检测到上述弯液面的状态之后的调节方法相同。

因此，液体喷射单元102可以基于检测单元123的检测结果适当地调节液体L的压力，并且喷射液滴L1。

利用如上所述配置的液体喷射单元102，可以提供能够适当地喷射高粘性液体的液体喷射单元。

利用如上所述配置的液体喷射装置2，由于提供了上述液体喷射单元，因此可以适当地喷射高粘性液体。

尽管已经描述了配置为检测弯液面的状态的装置和配置为在液滴L1飞行时检测液滴L1的状态的装置都作为检测单元123，但是液体喷射装置可以包括这两种类型的检测单元123。在此情况下，控制单元50可以基于两种类型的检测单元123的检测结果间接地检测液体L的压力，并控制液体L的压力。

[第三实施例]

图5是根据本发明的第三实施例的液体喷射单元和液体喷射装置的说明图并且是与图2和图4对应的图。该实施例中的液体喷射单元103与上述实施例中的液体喷射单元部分地相同。因此，在该实施例中与上述实施例相同中的构造元件相同的构造元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细描述。

液体喷射单元103包括液体喷射头160和压力调节部120C。

该实施例中的液体喷射装置3具有将上述液体喷射装置1中的液体喷射单元101替换为液体喷射单元103的构造。

液体喷射头160包括液体保持部161、支撑部162、位移构件163和管116。

压力调节部120A包括供应部121和检测单元122。

<液体喷射头>

(液体保持部)

液体保持部161可以采用与上述液体保持部111相同的构造。

(支撑部)

支撑部162以可附接和可拆卸的方式支撑液体保持部161。支撑部162可以采用各种公知的构造，只要它们能够支撑液体保持部161即可。

支撑部162包括配置为支撑液体保持部161的支撑主体162a和配置为将液体保持部161固定至支撑主体162a的螺钉162x。

(位移构件)

位移构件163可以采用与上述位移构件113相同的构造。

(管)

管116将液体保持部161连接到供应部121。

<压力调节部>

压力调节部120C包括加压部125和检测单元123。

(加压部)

压缩部125包括柔软部126和按压部127。

柔软部126是通过将液体保持部161连接到管116而设置的管状构件，并且与液体保持部161和管116连通。柔软部126包括作为形成材料的软树脂材料。软树脂材料的示例包括聚氨酯、硅橡胶和氟树脂。

柔软部126可以与管116一体地形成，或者可以是单独的构件。

按压部127是设置在柔软部126上的构件，并且配置为根据来自控制单元50的指令来按压柔软部126。按压部127可以采用各种已知的构造，只要它们能够按压柔软部126即可。例如，按压部127可以具有与上述位移构件113相同的压电元件。

在加压部125中，通过将电力供应到按压部(压电元件)127并压缩按压部127，来对具有设置在其中的按压部127的柔软部126进行加压和压缩。因此，柔软部126和液体保持部161内部的液体L被加压，并且液体L的一部分通过液体保持部161的喷射端口161x被推出。

在如上所述的液体喷射单元103中，首先，当液体保持部161中的液体L在加压部125中被加压时，在液体保持部161的喷射端口161x中，液体L的保持在液体保持部161中的部分被推出并形成弯液面。

随后，通过驱动位移构件163并位移该液体保持部161以与图3相同的驱动方式喷射液滴。

利用如上所述构造的液体喷射单元103，可以提供可以适当地喷射高粘性液体的液体喷射单元。

另外，利用如上所述构造的液体喷射装置3，由于设置了上述液体喷射单元，因此可以适当地喷射高粘性的液体。

[第四实施例]

图6是根据本发明的第四实施例的液体喷射单元和液体喷射装置的说明图并且是与图2、图4、图5对应的图。该实施例中的液体喷射单元104与上述实施例中的液体喷射单元部分地相同。因此，该实施例中与上述实施例的构造元件相同的构造元件将是相同的附图标记，并且将省略其详细描述。

液体喷射单元104包括液体喷射头170和压力调节部120B。

该实施例中的液体喷射装置4具有其中上述液体喷射装置1中的液体喷射单元101被液体喷射单元104代替的构造。

液体喷射头170包括液体保持部171、喷嘴板172、位移构件173和管116。

(液体保持部)

液体保持部171是其在z轴方向上的下端是开口的管状部件。液体L保持在液体保持部171的内部。此外，液体保持部171的上部连接至管116。

液体保持部171的下端部171x被喷嘴板172和位移构件173封闭。液体L被保持在由液体保持部171、喷嘴板172和位移构件173包围的空间中。

(喷嘴板)

喷嘴板172是具有喷射端口172x的环形部件。喷嘴板172封闭液体保持部171的下端部171x。喷射端口172x与液体保持部171连通。

当在平面视图中观察时，喷嘴板172的平面形状及其尺寸、材料和结构不受特别限制，并且可以根据目的适当地选择。

喷嘴板172的外边缘的平面形状的示例包括圆形、椭圆形、矩形、正方形和菱形。例如，当喷嘴板172的外边缘的形状是圆形时，喷嘴板172是环形构件。

喷嘴板172的在喷射端口172x侧上的端部未被支撑并且可以向上和向下振动。当喷嘴板172的在喷射端口172x侧上的端部振动时，力被向下施加到喷射端口172x附近的液体L，液体L通过喷射端口172x喷射作为液滴L1。

如果喷嘴板172的材料太软，则喷嘴板172容易振动。另外，当不执行喷射时，不容易立即使振动最小化。因此，期望使用具有一定程度的硬度的材料。

喷嘴板172的材料的示例包括金属、陶瓷、聚合物材料等。喷嘴板172的材料的具体示例包括不锈钢、镍、铝、二氧化硅、氧化铝、氧化锆等。

喷射端口172x的开口形状可以根据目的适当地选择。喷射端口172x的开口形状的示例包括圆形、椭圆形、四边形等。其中，期望喷射端口172x的开口形状为圆形的。

喷射端口172x的平均开口直径没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。当要喷射的液体L是分散液体时，期望喷射端口172x的开口形状是分散体(例如，分散在液体L中的细胞)的最大直径的两倍或更大，以防止喷射端口172x因分散体而堵塞。

(位移构件)

位移构件173使喷嘴板172振动，以通过喷射端口172x喷射液滴L1。

位移构件173布置在液体保持部171的下端部171x和喷嘴板172之间，并且封闭液体保持部171的下端部171x。

位移构件173的形状、尺寸、材料和结构不受特别限制，并且可以根据目的适当地选择。

位移构件173的形状和布置没有特别限制，只要不损害本发明的效果即可，并且可以根据喷嘴板172的形状适当地设计。例如，当喷嘴板172的平面形状为圆形的平面形状时，期望在喷射端口172x的周围同心地设置位移构件173。

期望将压电元件适当地用作位移构件173。作为压电元件，可以利用具有与为位移构件113采用的压电元件相同的构造的构件。

在如上所述的液体喷射单元104中，首先，当在液体保持部171中的液体L在供应部121中被加压时，在液体保持部171中的喷射端口172x中，保持在液体保持部171中的液体L的一部分被推出并形成弯液面。

随后，当通过驱动位移构件173使保持在液体保持部171中的液体L的一部分位移时，液滴L1被喷射。

通过如上所述构造的液体喷射单元104，可以提供可以适当地喷射高粘性液体的液体喷射单元。

另外，通过如上所述配置的液体喷射装置4，由于提供了如上所述的液体喷射单元，因此能够适当地喷射高粘性的液体。

尽管上面已经参考附图描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限于这些实施例。在上述示例中示出的构造元件的形状、组合等仅是示例，并且可以基于设计要求等进行各种改变而不脱离本发明的要旨。

在上述第一至第四实施例中描述的液体喷射单元和液体喷射装置的构造中，只要不损害本发明的效果，就可以互相交换达到相同效果的构造。

例如，第一实施例中的液体喷射装置可以包括第二至第四实施例中描述的液体喷射装置中所包括的检测单元123，而不是检测单元122。

类似地，在第二至第四实施例中描述的液体喷射装置可以包括在第一实施例中的液体喷射装置中所包括的检测单元122，而不是检测单元123。

此外，在第一至第四实施例中描述的液体喷射单元和液体喷射装置的构造中，只要不损害本发明的效果，可以重复地包括可以实现相同效果的构造。

例如，液体喷射装置可以包括检测单元122和检测单元123两者。在此情况下，控制单元50可以基于检测单元122和检测单元123二者的检测结果来获得液体L的压力并控制液体L的压力。

此外，当在第一至第四实施例中描述的液体喷射装置包括多个液体喷射单元时，所有多个液体喷射单元均具有相同的构造，并且可以具有从由上述液体喷射单元101至104组成的组中选择的两种或更多种类型。

本发明包括以下方面。

[1]一种液体喷射单元，包括：液体保持部，该液体保持部具有通过其喷射液体的喷射端口并被配置为保持液体；压力调节部，其配置为调节保持在所述液体保持部中的液体的压力；位移构件，其配置为使其压力被调节的至少一部分液体位移，并从液体保持部喷射液体。

[2]在根据[1]所述的液体喷射单元中，所述位移构件配置为使所述液体保持部基本上平行于所述液体的喷射方向位移。

[3]在根据[2]所述的液体喷射单元中，所述液体保持部是基本上平行于所述液体的喷射方向延伸的管状构件，所述液体保持部和所述位移构件布置为当在平面视图中观察时重叠，以及当在平面视图中观察时的液体保持部的形状比当在平面视图中观察时的位移构件的形状小。

[4]在根据[1]至[3]中任一项的液体喷射单元中，提供了被配置为将液体供应到液体保持部的供应部，并且该供应部还被配置为用作压力调节部。

[5]在根据[1]至[3]中任一项的液体喷射单元中，所述液体保持部的至少一部分由弹性材料形成，并且所述压力调节部是设置在所述液体喷射部中的单元，该单元由弹性材料形成并且配置为通过使液体保持部变形来改变液体保持部的体积。

[6]在根据[1]至[5]中任一项的液体喷射单元中，压力调节部包括检测单元，该检测单元被配置为直接或间接地检测保持在液体保持部中并且其压力被调节的液体的压力。

[7]在根据[6]所述的液体喷射单元中，所述检测单元被配置为检测保持在所述液体保持部中并且其压力被调节的液体的压力，并且所述压力调节部被配置为基于检测单元的检测结果来调节所述液体的压力以接近液体的喷射压力的预定设定值。

[8]在根据[6]所述的液体喷射单元中，所述检测单元被配置为观察在喷射端口中形成的弯液面，并且压力调节部被配置为基于弯液面的形成位置或弯液面的移动信息中的至少一个来调节液体的压力以接近所述液体的喷射压力的预定设定值。

[9]在根据[6]或[8]所述的液体喷射单元中，所述检测单元被配置为观察从所述液体保持部喷射的液滴，并且所述压力调节部被配置为基于选自由液滴的飞行位置、液滴的形状、液滴的体积和液滴的速度组成的组中的至少一个来调节液体的压力，以接近液体的喷射压力的预定设定值。

[10]在根据[9]的液体喷射单元中，所述检测单元是成像装置或激光测量装置。

[11]在[1]至[10]中任一项所述的液体喷射单元中，所述液体是包含颗粒和其中分散有颗粒的分散介质的分散液体。

[12]在根据[11]的液体喷射单元中，所述颗粒是细胞。

[13]一种液体喷射装置，包括：根据[1]至[12]中任一项的液体喷射单元。

[14]在根据[13]所述的液体喷射装置中，设置有多个所述液体喷射单元，并且该多个液体喷射单元布置在与所述液体的喷射方向相交的方向上。

根据[1]至[12]中任一项所述的液体喷射单元和在[13]或[14]中所述的液体喷射装置，可以通过解决相关技术中的问题来实现本发明的目的。

附图标记说明

1，2，3，4 液体喷射装置

50 控制单元

101、102、103、104 液体喷射单元

110、160、170 液体喷射头

111、161、171 液体保持部

111a，161x，172x 喷射端口

113、163、173 位移构件

120A，120B，120C 压力调节部

121 供应部

122、123 检测单元

127 按压部(压电元件)

L 液体

L1 液滴

LM 弯液面

Claims (11)

1.一种液体喷射单元，包括：

液体保持部，该液体保持部具有喷射端口并保持液体，通过喷射端口喷射液体；

压力调节部，该压力调节部配置为调节保持在所述液体保持部中的液体的压力；

位移构件，该位移构件配置为使其压力被调节的液体的至少一部分位移并从液体保持部喷射液体，

其中，所述位移构件配置为使所述液体保持部基本上平行于所述液体的喷射方向位移，

其中所述压力调节部包括检测单元，该检测单元被配置为直接或间接地检测保持在所述液体保持部中并且其压力被调节的液体的压力，压力调节部被配置为基于检测单元的检测结果来调节液体的压力以接近液体的喷射压力的预定设定值。

2.根据权利要求1所述的液体喷射单元，其中，所述液体保持部是大致平行于所述液体的喷射方向延伸的管状构件，

该液体保持部和位移构件布置为当在平面视图中观察时重叠，和

当在平面视图中观察时的液体保持部的形状小于当在平面视图中观察时的位移构件的形状。

3.根据权利要求1所述的液体喷射单元，包括：

供应部，该供应部配置为将液体供应到液体保持部，

其中，所述供应部还配置为用作压力调节部。

4.根据权利要求1所述的液体喷射单元，其中，所述液体保持部的至少一部分由弹性材料制成，和

该压力调节部是设置在由弹性材料制成的液体保持部的位置中的单元，并且配置为通过使液体保持部变形来改变液体保持部的体积。

5.根据权利要求1所述的液体喷射单元，其中，所述检测单元被配置为观察在所述喷射端口中形成的弯液面，和

该压力调节部配置为基于弯液面的形成位置或弯液面的移动信息中的至少一个来调节液体的压力以接近液体的喷射压力的预定设定值。

6.根据权利要求1所述的液体喷射单元，其中，所述检测单元被配置为观察从所述液体保持部喷射的液滴，和

该压力调节部被配置为基于选自由液滴的飞行位置、液滴的形状、液滴的体积和液滴的速度组成的组中的至少一个来调节液体的压力以接近液体的喷射压力的预定设定值。

7.根据权利要求6所述的液体喷射单元，其中，所述检测单元是成像装置或激光测量装置。

8.根据权利要求1所述的液体喷射单元，其中，所述液体是包含颗粒和其中分散有所述颗粒的分散介质的分散液体。

9.根据权利要求8所述的液体喷射单元，其中，所述颗粒是细胞。

10.一种液体喷射装置，包括：

根据权利要求1所述的液体喷射单元。

11.根据权利要求10所述的液体喷射装置，包括：

多个液体喷射单元，

其中，多个液体喷射单元布置在与液体的喷射方向相交的方向上。