KR101623807B1 - 토출 헤드 및 토출 장치 - Google Patents

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Abstract

관로의 단면이 제 1 방향(100x)으로 연장된 편평한 원 형상의 편평부(23)를 포함하는 관 형상 부재로서, 편평부(23)가, 외측에 액추에이터(6)가 부착되는 평탄한 제 1 벽(23a)을 포함하며, 제 1 벽(23a)의 변위에 따라 내부 용적이 변동하는 캐비티(13)가 되도록 성형된 관 형상 부재(20)와, 관 형상 부재(20)의 일방의 단에 형성된 노즐 개구(11)로서, 캐비티(13)의 내부 용적의 변동에 의해 액상 물질(9)을 토출하는 노즐 개구(11)를 가지는 토출 헤드(10)를 제공한다.

Description

토출 헤드 및 토출 장치{DISCHARGE HEAD AND DISCHARGE DEVICE}
본 발명은, 액체, 액체 및 입자를 포함한 물질 등을 토출하는 장치에 적합한 토출 헤드에 관한 것이다.
일본국 공개특허공보 제2007-296817호(문헌 1)에는, PZT(티탄산지르콘산납) 등을 이용한 압전 소자와 금속판, 세라믹과의 적층으로 구성되는 압력 발생기에 전압을 인가하여, 압력을 발생시켜 액체를 토출시키는 방식이 기재되어 있다. 게다가, 문헌 1에는, 이 방식을 이용하여, 탱크로부터 토출구까지의 도중에 직경 0.1~1㎜정도의 좁은 원통형 압전체(壓電體)를 설치하여, 이 부분을 가압 펌프로서 기능시킴으로써 액적(液滴)을 토출시키는 방식이 기재되어 있다. 이는, 굴드(Gould)형 잉크젯 헤드라 불리는 것으로, 원통 형상의 압전체의 내면과 외면에 전극이 형성되어, 구동 전압을 인가하는 리드선이 접속되어 있다. 원통 형상의 압전체의 내면 전극은, 이 압전 소자를 관통하는 중공 파이프와 접착에 의해 고정부착되어 있다. 중공 파이프는, 원통 형상의 압전체와의 전기적 접촉을 회피하기 위하여, 유리 등 절연 재료로 구성되고, 중공 파이프의 일단에는 잉크 탱크 등으로부터 잉크를 공급하기 위한 잉크 튜브가 접속되며, 타단에는 잉크 방울을 토출하기 위한 토출구가 형성되어 있다.
인쇄 장치로서 개발된 잉크젯 기술을 이용하여, 인쇄용지 및 그에 대신하는 것에 잉크 및 그 이외의 것을 토출하는 것이 검토되고 있다. 피에조 소자 등의 액추에이터를 채용한 방식에서는, 액체를 가열하지 않고 토출할 수 있으므로, 응용 범위가 넓다고 예상된다. 토출 대상이 되는 물질은, 액체에 한정하지 않고, 액체와 미립자의 혼합물(액상 물질), 수용액, 용제, 시약, 세포나 유전자 등의 생물(생체) 재료를 포함한 물질 등, 다종 다양한 것이 검토되고 있다. 따라서, 토출 헤드도, 저점도에서부터 고점도의 액체에 대응할 수 있는 것, 순수에서도 토출할 수 있는 높은 표면 장력에 대응한 것, 산성액이나, 용제에 대해 내성이 있는 것 등이 요구된다.
유리관, 수지관, 세라믹관 및 금속관을 포함한 관 형상 부재, 특히, 유리관은, 피펫 등으로 하여 시약을 이용한 실험 등에 많이 채용되고 있어, 다종 다양한 용액을 취급하는데 적합한 것이다. 따라서, 유리관과 원통형의 압전체를 조합한 굴드 타입의 잉크젯 헤드는, 상기 요구에 따른 것 중 하나이다. 유리관을 따라 원통형의 압전 소자를 형성하기 위해서는 스퍼터링법, 스크린 인쇄법, 가스 증착법 등에 의해 유리관에 직접 압전층을 형성하는 방법, 압전 세라믹을 소결 후, 내부를 절삭 가공하여 제거하는 방법, 또는 원통형의 형상으로 소결하는 방법이 있다. 그렇지만, 어느 방법을 채용해도 굴드 타입의 잉크젯 헤드에 의해 효율적으로 유리관을 가압하는 것은 그만큼 용이하지 않으며, 또한 경제적이지도 않다. 특히, 튜브의 직경에 비해 압전 소자의 내경(內徑)을 약간 크게 할 필요가 있기 때문에, 튜브의 외경(外徑)의 편차에 대해 압전 소자의 내경을 수㎛로부터 수백㎛의 범위에서 맞출 필요가 있어, 비용 증가나 수율 저하의 원인이 되고 있었다.
본 발명의 양태의 하나는, 관로(管路)의 단면(斷面)이 제 1 방향으로 연장된 편평한 원 형상의 편평부를 포함하는 관 형상 부재로서, 편평부가, 외측(外側)에 액추에이터가 부착되는 평탄한 제 1 벽을 포함하며, 제 1 벽의 변위에 따라 내부 용적이 변동하는 캐비티(cavity)로 이루어지도록 성형된 관 형상 부재(tubular member)와, 관 형상 부재의 일방의 단(端)에 형성된 노즐 개구로서, 캐비티의 내부 용적의 변동에 의해 액상 물질을 토출하는 노즐 개구를 가지는 토출 헤드이다.
이 관 형상 부재를 구비한 토출 헤드는, 평탄한 제 1 벽에 평판 형상의 액추에이터를 부착함으로써 캐비티의 내부 용적을 변동시켜, 노즐 개구로부터 액상 물질을 토출할 수 있다. 따라서, 유리관 등의 관 형상 부재에 의해 캐비티를 포함한 부분을 구성한 토출 헤드로서, 원통 형상 액추에이터에 대신하여, 평판 형상의 액추에이터로 구동할 수 있는 토출 헤드를 제공할 수 있다. 이 때문에, 평판 형상의 압전 소자를 점착하는 등의 방법에 의해, 간단하게, 저비용으로 관 형상 부재를 구비한 토출 헤드를 제공할 수 있다.
노즐 개구로부터 액상 물질을 토출시키기 위해 압력이 변동하는 캐비티는, 기포가 발생하기 쉬운 장소이다. 이 토출 헤드는, 관 형상 부재의 관로의 단면이 제 1 방향으로 연장된 편평한 원 형상의 편평부를 포함하기 때문에, 캐비티의 유로의 단면을, 모서리가 적은 또는 모서리가 없는(모나지 않은) 편평한 원형(타원형) 또는 그에 가까운 형태로 형성할 수 있다. 따라서, 기포나 액상 물질에 포함되는 물질 등이 부착하여 액상 물질의 흐름이 정체되거나, 액상 물질이 막히는 것을 미연에 방지할 수 있어, 다종 다양한 액상 물질을 토출하는데 적합한 토출 헤드를 제공할 수 있다.
이 토출 헤드의 노즐 개구는, 관 형상 부재의 일방의 단이 좁혀져 성형되어 있는 것이 바람직하다. 캐비티로부터 노즐 개구에 이르기까지 하나의 관 형상 부재, 예를 들어 유리관에 의해 형성할 수 있고, 내산성 등의 내약품성이 있으며, 기포 등에 의한 정체나 막힘이 발생하기 어려워, 다종 다양한 액상 물질을 토출하는데 적합한 토출 헤드를 제공할 수 있다.
게다가, 이 토출 헤드는, 관 형상 부재의 캐비티에 대해 노즐 개구의 반대측의 일부가 좁혀져 있는 것이 바람직하다. 캐비티의 내부 용적의 변동에 따른 압력 변화를 보다 효율적으로 노즐 개구에 전달할 수 있어, 조임부를 포함하여 캐비티까지, 또한 노즐 개구까지 하나의 관 형상 부재에 의해 형성할 수 있다. 이 때문에, 기포 등에 의한 정체나 막힘이 발생하기 더 어렵고, 다종 다양한 액상 물질을 토출하는데 적합한 토출 헤드를 제공할 수 있다.
이 토출 헤드의 관 형상 부재의 전형적인 예는, 유리관, 수지관, 세라믹관 또는 금속관이며, 이러한 관 형상 부재에 액추에이터의 형상을 맞추는 대신에, 관 형상 부재의 일부를 평판 형상의 제 1 액추에이터에 맞춤으로써, 저비용으로 관 형상 부재의 장점을 구비한 토출 헤드를 제공할 수 있다.
관 형상 부재는, 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하도록 성형할 수 있다. 이 제 2 벽의 외측은, 평판 형상의 제 2 액추에이터로서, 제 1 벽의 외측에 부착된 제 1 액추에이터와 독립하여 구동되는 제 2 액추에이터를 부착해도 된다. 또한, 다양한 조건으로 캐비티를 통해 노즐 내(토출 헤드 내)의 압력을 제어할 수 있다.
고점도의 액상 물질을 보다 용이하게 토출하기 위해서는 토출 헤드 내의 액상 물질을 가열하는 것이 유효하다. 그러기 위해서는, 제 2 벽의 외측에 면(面) 형상의 히터를 부착하는 것이 바람직하다. 또한, 관 형상 부재의 외면의 적어도 일부에 코일 형상으로 감긴 히터를 설치해도 된다.
평탄한 제 2 벽은, 접속용 전극의 설치 장소로서도 이용할 수 있다. 게다가, 접속용 전극과 연결되어 노즐 개구의 근방까지 연장된 전압 인가용 전극을 설치함으로써, 피에조 소자 등의 액추에이터에 의한 토출 방식에 더하여, 정전 흡인 방식 및/또는 정전 어시스트 방식에 의한 액상 물질을 토출할 수 있는 토출 헤드를 제공할 수 있다.
또한, 이 토출 헤드는, 관 형상 부재의 캐비티로부터 노즐 개구에 이르는 제 1 관부를 만곡(彎曲)시킴으로써, 노즐 개구의 방향을 조정할 수 있으며, 반대로, 노즐 개구 방향에 대해 액추에이터의 부착 위치를 변경할 수 있다. 따라서, 복수의 토출 헤드를 조합하여 헤드 블록을 구성하는데 적합하다.
본 발명이 다른 양태의 하나는, 상술한 토출 헤드와, 제 1 벽의 외측에 부착된 평판 형상의 제 1 액추에이터와, 제 1 액추에이터를 구동시키는 구동장치를 가지는 토출 장치이다. 이 토출 장치에 있어서, 관 형상 부재는, 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하고, 게다가 제 2 벽의 외측에 부착된 평판 형상의 제 2 액추에이터를 가지며, 구동장치는, 제 1 액추에이터 및 제 2 액추에이터를 독립하여 구동시켜도 된다.
이 토출 장치는, 또한 노즐 개구의 근방까지 연장된 전압 인가용 전극과, 전압 인가용 전극에 전압을 인가하는 정전 구동장치를 더 가지고 있어도 된다. 이 토출 장치에 있어서, 관 형상 부재는, 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하고, 또한 제 2 벽의 외측에 부착된 접속용 전극을 가지며, 전압 인가용 전극은 접속용 전극과 연결되고, 정전 구동장치는 접속용 전극에 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
이 토출 장치는, 또한 액상 물질을 저장하는 용기를 장착 가능한 장착부와, 장착부에 장착된 용기로부터 액상 물질을 관 형상 부재에 공급하는 공급로를 더 가져도 된다. 이 토출 장치에 따르면, 토출 헤드를 관 형상 부재에 의해 구성할 수 있으므로, 기포나 액상 물질이 정체되기 어렵고, 다양한 액상 물질, 예를 들어, 수(水)계나 생물계의 액상 물질 등을 토출하는데, 바람직한 토출 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태의 하나는, 관로의 단면이 제 1 방향으로 연장된 편평한 원 형상의 편평부와, 편평부의 외측에 액추에이터가 부착되는 평탄한 제 1 벽을 포함하며, 편평부가, 제 1 벽의 변위에 따라 내부 용적이 변동하는 캐비티가 되도록 성형된 관 형상 부재로서, 상기 관 형상 부재의 일방의 단에, 캐비티의 내부 용적의 변동에 의해 액상 물질을 토출하기 위한 노즐 개구가 형성되어 있는 관 형상 부재이다. 노즐 개구는, 관 형상 부재의 일방의 단이 좁혀져 성형되어 있는 것이 바람직하다. 게다가, 이 관 형상 부재는, 캐비티에 대해 노즐 개구의 반대측의 일부가 좁혀져 있는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일례의 토출 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 토출 헤드의 구성을 확대하여 도시하는 사시도.
도 3은 토출 헤드의 길이 방향의 단면을 도시하는 단면도.
도 4는 토출 헤드의 길이 방향의 다른 단면을 도시하는 단면도.
도 5는 토출 헤드의 선단을 확대하여 도시하는 단면도.
도 6은 토출 헤드의 원통 형상 부분을 도시하는 단면도.
도 7은 토출 헤드의 편평 형상 부분을 도시하는 단면도.
도 8은 토출 헤드의 조임부를 도시하는 단면도.
도 9는 토출 헤드의 다른 예를 도시하는 도면으로, 토출 헤드의 편평 형상 부분의 다른 형상을 도시하기 위하여 토출 헤드의 일부를 발췌하여 도시한 단면도.
도 10은 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 11은 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 12는 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하는 도면.
도 13은 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 14는 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 15는 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 16은 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 17은 헤드 블록을 도시하는 단면도.
도 1에, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 토출 장치의 개략 구성을 도시하고 있다. 토출 장치(1)는, 관 형상 부재인 유리관(20)을 구비한 토출 헤드(10; 헤드, 노즐 헤드, 잉크젯 방식에 의해 구동되는 노즐 헤드)와, 토출 헤드(10)로부터 토출되는 액상 물질(9)을 저장한 용기(5)와, 토출 헤드(10)로부터 액상 물질(9)을 토출시키는 제 1 액추에이터(6)를 구동하는 구동장치(2; 구동 유닛, 드라이버, 컨트롤러)를 포함한다.
토출 헤드(10)는, 거의 직선적으로 연장된 유리관(20; 관 형상 부재)을 가진다. 유리관(20)은, 선단(先端) 부분(21)이 노즐 개구(11)로 이루어지고, 선단 부분(21)으로부터 후퇴한 부분(23; 편평부)이, 편평 형상(평평한 형상)의 캐비티(13; 압력실)로 이루어지며, 또한 말단(29; 후단)이 공급관(4)을 통해 용기(5)에 접속되어 있다. 이 편평부(23)을 구비한 관 형상 부재(20)는, 하나의 유리관으로부터 적당한 방법, 예를 들어, 주형을 이용하여 성형할 수 있으며, 내부에는, 캐비티(13)로부터 노즐 개구(11)에 이르는 심리스(seamless) 유로가 형성되어 있다. 따라서, 유리관(20)의 캐비티(13) 부분은, 외측이 평탄한 제 1 벽(23a)을 포함한다. 공급관(4)은, 유리관이어도 되며, 가요성이 있는(flexible) 실리콘관, 고무관 등의 수지관, 금속관 등이어도 된다.
토출 헤드(10)는, 유리관(20)의 캐비티(13)의 평탄한 제 1 벽(23a)의 외측면(23b; 외면)에 부착된 평판 형상의 압전 소자(6; 피에조 소자, 액추에이터)를 포함하며, 액추에이터(6; 제 1 액추에이터)에 의해 캐비티(13)의 내압을 변동시켜, 캐비티(13)에 연통한 노즐 개구(11)로부터 액상 물질(9)을 토출한다. 압전 소자(6)는, ITO, 금속 등의 박막의 전극(6e)과 함께 유리관(20)에 부착되며, 전극(6e)을 통해 구동 펄스(전압 구동 펄스)를 받아 신축하여, 캐비티(13)의 내부 용적을 변동시킨다. 덧붙여, 압전 소자(6)의 전형적인 예는 피에조 소자로서, 피에조 소자(6)는, 전극 등을 포함하는 공지의 구성을 구비하고 있다.
이 토출 장치(1)는, 퍼스널 컴퓨터 등의 호스트 장치로부터의 지시(신호)를 드라이버(2)가 수신하고, 드라이버(2)가 구동 펄스에 의해 액추에이터(6)를 구동한다. 액추에이터(6)에 의해, 유리관(20)에 설치된 캐비티(13)의 평탄한 외면(23b)을 구비한 제 1 벽(23a)이 변위하여, 캐비티(13)의 내부 용적이 변동하므로 캐비티(13)의 내압이 변화한다. 내압의 변화에 의해, 용기(5)로부터 공급되는 액상 물질(9)이, 유리관(20)의 선단(21)에 설치된 노즐 개구(11)로부터 토출된다.
본 예의 토출 장치(1)는, 토출 헤드(10)의 장착부(3)에 부착된 용기(5)를 포함하며, 잉크젯 방식의 토출 헤드(10)에 의해, 다양한 액상 물질(9)을 토출하거나 분리주입(分注)하거나 하는데 적합하다. 액상 물질(9)은, 예를 들어, 시약, 세포 등의 생물 시료를 포함하는 수용액이다. 캐비티(13)를 포함한 토출 헤드(10)의 주요 부분이 하나의 유리관(20)에 의해 형성되어 있으므로, 다양한 조건에 의해 기포가 발생하기 쉬운 액체나, 세포 등의 폐색하기 쉬운 액상 물질(9)이어도, 그러한 문제점을 발생시키지 않고 토출할 수 있다. 즉, 이 토출 장치(1)는, 저점도에서 고점도의 액체에 대응할 수 있어, 순수와 같은 높은 표면 장력의 액체에서도 토출할 수 있다. 게다가 유리관(20)은 녹기 어려우므로, 이 토출 장치(1)는, 산성액이나, 용제를 용이하게 토출할 수 있다.
도 2에, 토출 헤드(10)의 유리관(20)의 구성(형상)을 확대하여 도시하고 있다. 도 3 및 도 4에, 유리관(20)의 개략 구성을, 길이 방향(100z; 중심축, 이후에서는 Z방향)에 직교하는 제 1 방향(100x, 이후에서는 X방향)과, Z방향 및 X방향에 직교하는 제 2 방향(100y, 이후에서는 Y방향)을 각각 포함하는 단면에 의해 도시되어 있다. 이 유리관(20)의 전형적인 크기는, 외경(外徑) 1~4㎜, 두께 0.05~1㎜이며, 경질 유리관, 내열 유리관, 정밀 유리 세관(細管) 등이면 된다. 또한, 유리관(20)의 외경은 1~3㎜인 것이 보다 바람직하다.
유리관(20)은, 선단의 노즐 개구(11)로부터 후단(29)을 향하며, 선단의 노즐 개구(11)을 향해 서서히 좁혀진 선단 부분(21)과, 그 후방에서 단면이 거의 원통 형상인 제 1 원통부(22)와, 그 후방에서 제 1 원통부(22)를 단면이 X방향으로 넓고 Y방향으로 좁으며 평평하게 성형된 편평부(23)로 변형하기 위한 제 1 접속부(27)와, 그 후방에서 단면이 거의 편평한 원형(타원형) 또는 그에 가까운 형태로 편평한 편평부(23)와, 그 후방에서 편평부(23)를 단면이 원통 형상인 제 2 원통부(24)에 접속하기 위한 제 2 접속부(28)와, 그 후방에서 단면적을 작게 하기 위해 원통을 좁힌 형상의 조임부(25)와, 그 후방에서 유리관(20)을 공급관(4)에 접속하기 위한 단면이 거의 원통 형상인 제 3 원통부(26)를 포함한다.
편평부(23)는, 다른 방향, 예를 들어 Y방향으로 넓고 X방향으로 좁으며 평평하게 성형되어 있어도 된다. 덧붙여, 본 명세서에 있어서, 편평한 원형(타원형)이란, 직사각형이나 정사각형 등의 모난(각이 있는) 형상을 제외하며, 또한 정원형(원형)을 제외한 긴 형상의 원형으로, 타원형 이외에, 직사각형 또는 정사각형의 대변(對邊) 각각에 대변 사이의 거리(대변끼리의 간격)를 직경으로 하는 반원형이 부가된 형상 등 다양한 형상을 포함하는 개념이다.
각 부분을 보다 상세하게 설명하면, 우선, 유리관(20)의 선단 부분(21)은, 도 5에 확대하여 도시한 바와 같이, 유리관(20)의 선단을 노즐 개구(11)로서 적당한 크기까지 좁힌 형상으로 성형되어 있다. 노즐 개구(11)의 전형적인 내경(內徑)은 15~200㎛이며, 선단을 향해 테이퍼진 형상으로 이루어진 선단 부분(21)의 길이는, 예를 들어, 0.5~10㎜이다. 즉, 선단 부분(21)의 길이는, 유리관(20)의 곧은 관 부분의 내경(0.5~2.8㎜)의 1~20배 정도이다. 선단 부분(21)의 성형 방법 중 하나는, 가열한 유리관(20)을 잡아당기는 것인데, 공지된 유리 가공의 다양한 방법을 이용할 수 있으며, 가공 방법을 한정하는 것은 아니다. 선단 부분(21)에는, 노즐 개구(11)에 이르는 10~500㎛ 정도의 직선 부분(곧은 관 부분)을 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 노즐 개구(11)의 내경은 20~200㎛인 것이 보다 바람직하다.
선단 부분(21) 후방의 제 1 원통부(22)는, 캐비티(13)와 노즐 개구(11)를 연통하기 위한 연락로(12)를 구성하는 부분으로, 도 6에 그 단면을 확대하여 도시하고 있다. 연락로(12)를 구성하는 제 1 원통부(22)의 길이는, 예를 들어, 1~50㎜이며, 보다 바람직하게는, 1~20㎜이다. 즉, 제 1 원통부(22)의 길이는, 내경의 2~100배 정도이며, 보다 바람직하게는, 2~50배 정도이다. 이 제 1 원통부(22)는, 곧은 관이어도 되며, 적당한 각도로 구부러져 있어도 된다. 예를 들어, 제 1 원통부(22)를 90도 구부림으로써, 유리관(20)의 길이 방향에 대해 90도 구부러진 방향으로 노즐 개구(11)를 향하게 하여, 90도 구부러진 방향으로 액상 물질(9)을 토출할 수 있다.
제 1 원통부(22)의 후방의 편평부(23)는, 내부에, 편평한 원통 형상 또는 긴 원통 형상의 공간을 형성하여, 압력실인 캐비티(13)를 구성하는 부분으로, 도 7에 그 단면을 확대하여 도시하고 있다.
캐비티(13)는, 노즐 개구(11)로부터 액상 물질(9)을 토출시키기 위해 압력이 변동하기 때문에, 기포가 발생하기 쉬운 장소이다. 편평부(23)는, 유리관(20)의 유로의 단면이 제 1 방향(X방향)으로 연장된 편평한 원 형상(타원 형상)으로, 단면에 각이 적은 또는 각이 없는(모나지 않은) 편평한 원형(타원형)으로 형성되어 있다. 이 때문에, 캐비티(13)의 유로의 단면을, 단차, 돌기 혹은 오목부 등이 없거나 또는 적은, 매끄러운 형태로 형성할 수 있다. 따라서, 기포나 액상 물질(9)에 포함되는 물질 등이 부착되어 액상 물질(9)의 흐름이 정체되거나, 액상 물질(9)이 막히거나 하는 것을 미연에 방지할 수 있어, 다종 다양한 액상 물질(9)을 토출하는데 적합한 토출 헤드(10) 및 토출 장치(1)를 제공할 수 있다.
캐비티(13)의 전형적인 크기는, 내부의 Y방향의 최대 높이(h, 최대 내경)가 0.05~1.0㎜, 내부의 X방향의 최대 폭(Wi)이 0.5~5㎜ 정도이며, 내부의 길이 방향(Z방향)의 길이가 2~20㎜이다. 이 편평부(23)의 성형 방법 중 하나는, 유리관(20)을 가열한 후, 상하 방향(길이 방향에 직교하는 방향, Y방향)에서 가압하는 것이다. 유리관(20)을 1 차원 방향(전후 방향, 길이 방향, Z방향) 뿐만이 아니라, 2차원 방향(상하 방향, 길이 방향에 직교하는 방향, Y방향)으로 확장시킨 상태로 가압 성형함으로써, 내부에 평평한 공간(13)이 형성된다. 그와 함께, 유리관(20)의 편평부(23)의 벽(23a)의 외측에 평탄한 면(23b)이 형성된다. 이 성형 방법은 일례이며, 사출 성형과 마찬가지로, 금형(주형)에 유리, 수지 등의 관 형상 부재를 불어 넣어 소정 형상의 유리관(20)을 성형하는 것도 가능하며, 금속을 압연하여 소정 형상의 관 형상 부재를 얻어도 된다. 또한, 캐비티(13) 내부의 Y방향의 최대 높이(h; 최대 내경)는 0.05~0.5㎜인 것이 보다 바람직하며, 내부의 길이 방향(Z방향)의 길이는 2~15㎜인 것이 보다 바람직하다.
편평부(23)의 벽(23a), 특히, 액추에이터(6)를 장착하는 벽(23a; 제 1 벽)은 판 형상으로, 그 벽 두께(t)는, 10~500㎛ 정도가 바람직하며, 10~300㎛ 정도가 보다 바람직하다. 또한, 벽 두께(t)는 50~500㎛ 정도가 보다 바람직하며, 50~300㎛ 정도가 보다 바람직하다. 편평부(23)는, 외부의 최대 폭(Wo)을 0.55~7㎜ 정도가 되도록 성형하며, 벽(23a)의 외면(23b)에 폭(Ws)이 0.5~5㎜ 정도, 보다 바람직하게는 1.0~3.5㎜ 정도의 거의 평평한 면이 얻어지도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 벽(23a)의 외면(23b)의 폭(Ws)은, 1.0~2.5㎜ 정도가 보다 바람직하다. 편평부(23)의 벽(23a)의 평탄한 외면(23b)에 평판 형상의 액추에이터(6; 피에조 소자)를 부착함으로써, 벽(23a)을 액추에이터(6)에 의해 진동 또는 변형(변위)할 수 있다. 게다가, 유리관(20)을 편평하게 함으로써, 액추에이터(6)가 부착되는 벽(23a)을, 상기의 두께(t) 정도로 얇게 할 수 있어, 액추에이터(6)에 의해 진동 혹은 변위하는 진동판으로서 기능시킬 수 있다. 압전 액추에이터(6)를 구동시켜, 얇은 벽(23a)을 진동시킴으로써, 연락로(12) 내의 액체를 액적으로서 노즐 개구(11)로부터 토출시킬 수 있다.
편평부(23) 후방의 제 2 원통부(24)는, 캐비티(13)와, 그 후방의 개구 면적을 좁힌 오리피스(orifice)로서 기능하는 좁은 유로(15)를 연락(연통)하기 위한 제 2 연락로(14)를 구성하는 부분이다. 연락로(14)는, 캐비티(13)에 액상 물질(9)을 공급하기 위한 버퍼로서도 기능하며, 연락로(14)를 구성하는 제 2 원통부(24)의 길이는, 예를 들어, 1~50㎜이며, 보다 바람직하게는, 1~20㎜이다. 즉, 제 2 원통부(24)의 길이는, 내경의 2~100배 정도이며, 보다 바람직하게는, 2~50배 정도이다. 이 제 2 원통부(24)는, 곧은 관이어도 되며, 적당한 각도로 구부러져 있어도 된다.
제 2 원통부(24)의 후방의 조임부(25)는, 개구 면적이 좁은 유로(15)를 구성하기 위한 부분으로, 도 8에, 그 단면을 도시하고 있다. 유로(15)의 내경은, 예를 들어, 15~200㎛이며, 캐비티(13)의 압력 변동이 노즐 개구(11) 측으로 효율적으로 전달되어, 캐비티(13)의 압력 변동이 공급관(4) 및 용기(5)로 전파하기 어렵게 되어 있다. 조임부(25)의 성형 방법 중 하나는, 가열한 유리관(20)을 전후 방향(길이 방향)으로 잡아당기는 것으로, 개구 면적이 가장 좁은 부분을 향해 테이퍼진 형상으로 된 부분의 길이는, 전후로 각각, 예를 들어, 0.5~10㎜이며, 조임부(25) 전체의 길이는 1~20㎜ 정도이다. 즉, 테이퍼진 형상으로 된 부분의 길이는, 각각 유리관(20)의 곧은 관 부분의 내경(0.5~2.8㎜)의 1~20배 정도이다. 또한, 유로(15)의 내경은 20~200㎛인 것이 보다 바람직하다.
조임부(25) 후방의 제 3 원통부(26)는, 공급관(4)에 연통하기 위한 제 3 연락로(16)를 구성하는 부분이다. 공급관(4)을 접속하기 위해, 적어도 0.5㎜의 길이를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 미량 또는 비교적 적은 양의 액상 물질(9)을 토출하는 경우에는, 노즐 개구(11)를 토출 대상이 되는 액상 물질(9) 내에 넣은 상태에서, 공급관(4)의 선단 등에 접속된 펌프(미도시)에 의해 액상 물질(9)을 끌어올린 후, 피에조 소자(6)를 구동시킴으로써, 액상 물질(9)을 기판 등의 타겟(미도시)을 향해 토출할 수 있다. 이 경우, 액상 물질(9)을 끌어올려 축적하기 위한 원통부(26)의 길이는 5~100㎜ 정도인 것이 바람직하다. 액상 물질(9)을 공급관(4)의 내부까지 흡입하지 않고, 소망하는 양의 액상 물질(9)을 끌어올려 토출하는 것이 가능해진다.
제 1 원통부(22), 편평부(23) 및 제 2 원통부(24)는, 하나의 유리관(20)을 가공(성형)함으로써 형성된 것이다. 편평부(23)는, 제 1 원통부(22)와 제 1 접속부(27)를 통해 매끄러운 형태로 성형되며, 편평부(23)는 또한 제 2 원통부(24)와 제 2 접속부(28)를 통해 매끄러운 형태로 성형된다. 이 때문에, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 편평부(23) 내부의 평평한 단면의 캐비티(13)는, 전후의 원통 형상 단면의 연락로(12 및 14)에 대해, 제 1 접속부(27) 및 제 2 접속부(28) 내부에 형성된 유로(13a 및 13b)에 의해 각각 매끄럽게 연결되어, 다른 부품을 접속할 때에 발생하기 쉬운 미소한 단차, 돌기 혹은 오목부 등이 유로 내에 나타나는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 유리관(20) 내부의 캐비티(13) 및 전후의 연락로(12 및 14)에 기포나 액상 물질(9)에 포함되는 물질, 예를 들어, 세포 등이 부착하여 액상 물질(9)의 흐름이 정체되거나, 액상 물질(9)이 막히거나 하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 때문에, 이 유리관(20)을 이용한 토출 헤드(10)는, 저점도에서 고점도의 액체를 토출할 수 있어, 순수와 같은 높은 표면 장력의 액체에서도 토출할 수 있다.
게다가, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 하나의 유리관(20)의 단(端) 및 도중을 좁힘으로써, 노즐 개구(11) 및 후방의 오리피스가 되는 유로(15)를 형성하고 있다. 따라서, 오리피스(15)로부터 노즐 개구(11)에 이르는 유로를 유리관(20) 하나로 구성할 수 있어, 단면 형상이 상이한 유로의 내면 전체를 매끄럽게 접속할 수 있다. 이 때문에, 후방의 오리피스(15)로부터 선단의 노즐 개구(11)에 이르는 유로에, 다른 부품을 접속할 때에 발생하기 쉬운 미소한 단차, 돌기 혹은 오목부 등이 나타나는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유로 전체에 걸쳐, 기포나 액상 물질(9)에 포함되는 물질 등이 부착하여 액상 물질(9)의 흐름이 정체되거나, 액상 물질(9)이 막히거나 하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 때문에, 다종 다양한 액상 물질(9)을 토출하기 쉬운 토출 헤드(10) 및 그것을 구비한 토출 장치(1)를 제공할 수 있다.
또한, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 캐비티(13)를 구성하는 편평부(23)의 용량을, 유리관(20) 중 편평하게 되는 부분(23)의 길이를 변경함으로써 조정이 용이하다. 따라서, 노즐 개구(11)에 대해 충분히 큰 용량을 구비한 캐비티(13)를 형성하는 것이 가능하며, 또한 캐비티(13)를 평평한 공간으로 함으로써, 캐비티(13)를 따른 벽(23a)의 외면(23b)에, 캐비티(13) 내부의 최대 폭(Wi) 및 길이에 대해 충분히 큰 액추에이터(6)을 부착(점착)할 수 있다. 이 때문에, 액추에이터(6)에 의해 얇은 벽(23a)을 신축 혹은 상하 등으로 변위시킴으로써, 캐비티(13)의 용량을 크게 변동할 수 있어, 캐비티(13)의 내압을 크게 변화시키는 것이 가능해진다. 따라서, 노즐 개구(11)로부터 다양한 액상 물질(9)을 토출하기 쉬운 토출 헤드(10) 및 토출 장치(1)를 제공할 수 있다.
게다가, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 심리스 유리관(20)을 이용하여 액상 물질(9)을 토출하므로, 유리 용기로 취급할 수 있는 범위의 부식성 액체나, 용해성이 높은 액상 물질(9)이면, 안전하게, 또한 안정되게 토출할 수 있다. 이 때문에, 토출할 수 있는 액상 물질(9)의 범위는 보다 광범위하며, 다양한 실험, 검사, 혹은 그 이외의 공업 용도에 요망되는 다양한 액상 물질(9)을 토출하는 토출 헤드(10) 및 토출 장치(1)를 제공할 수 있다.
또한, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 유리관(20)의 일부에 편평부(23)를 형성하여 내부에 캐비티(13)를 구성하고 있으므로, 평판 형상의 압전 액추에이터(6)에 의해 캐비티(13)의 내압을 변동할 수 있다. 따라서, 원통 형상 유리관(20)에 맞추어 원통 형상 액추에이터를 이용하지 않고, 범용품이며, 보다 입수가 용이한 평판 형상의 피에조 소자 등의 압전 액추에이터(6)에 의해 유리관(20)을 이용한 심리스 토출 헤드(10)를 구동할 수 있다. 즉, 굴드 타입의 토출 헤드는, 예를 들어 유리관에 맞추어 특별한 구성 혹은 형상의 압전 액추에이터가 필요한 데 비해, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 유리관(20)의 일부를 범용적인 평판 형상의 액추에이터에 맞춘 형상으로 성형함으로써, 저비용의 압전 액추에이터(6)를 사용할 수 있다. 이 때문에, 저비용으로, 다종 다양한 액상 물질(9)을 안정되게 토출할 수 있는 토출 장치(1)를 제공할 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 포함되는 토출 헤드 및 토출 장치는 상기로 한정되지 않는다. 도 9에, 토출 헤드(10)의 다른 예를 도시하고 있다. 상기의 유리관(20)을 이용한 토출 헤드(10)에서는, 편평부(23)가 유리관(20)을 양측에서 가압한 형상으로 성형되어 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 유리관(20)을 일방측에서 가압한 형상의 편평부(23)를 성형하는 것이 가능하다.
노즐 개구(11)로부터 액상 물질(9)을 토출하기 위한 압력 변동을 얻기 위한 캐비티(13)는, 액상 물질(9)에 가해지는 압력이 변동하므로 기포가 가장 발생하기 쉬운 부분으로, 캐비티(13)를 포함하는 전후의 연락로(12 및 14)를 유리관(20)으로 구성함으로써 기포에 기인하는 문제점은 큰 폭으로 저감할 수 있다. 따라서, 토출 헤드 전체를 유리관(20)에 의해 구성하는 대신에, 노즐 개구 등을 별도의 부재에 의해 구성하거나, 유리관(20)의 선단을 좁혀 노즐 개구를 형성하는 대신에 개구 면적을 감소하는 부재를 유리관(20) 선단에 장착해도 된다.
게다가, 유리관(20)의 도중을 편평한 형상으로 성형하여 액상 물질(9)을 가압하는 구성은, 토출 헤드에 한정하지 않고, 액상 물질(9)을 수송하는 경로 도중의 펌프를 이용하는 것도 가능하다.
게다가, 상기에서는 유리관(20)을 이용하고 있지만, 유리관(20) 대신에 수지관, 세라믹관 및 금속관을 이용하여 동일한 형태로 성형함으로써, 심리스이며, 평판 형상인 압전 액추에이터에 의해 구동할 수 있는 토출 헤드(10)를 제공할 수 있다.
또한, 상기에서는, 하나의 유리관(20)을 이용하여, 하나의 노즐 개구(11)로부터 액상 물질(9)을 토출하는 토출 헤드(10)를 나타내고 있지만, 노즐 개구(11)는 복수여도 된다. 게다가, 유리관(20)도 하나로 한정되지 않고, 복수의 유리관을 구비한 토출 헤드 및 토출 장치여도 된다.
도 10에 토출 헤드(10)의 또 다른 예를 단면도에 의해 도시하고 있다. 토출 헤드(10)의 캐비티(13)는, 양측의 벽이 좁혀진 상태로 성형되어 있으며, 피에조 소자(6)가 부착된 평탄한 외면(23b)의 제 1 벽(23a)에 대향한(반대측의) 위치에, 반대측의 평탄한 외면(23d)을 구비한 제 2 벽(23c)을 구비하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 제 2 벽(23c)의 외측의 면(23d)에 제 1 벽(23a)에 부착된 피에조 소자(6; 제 1 피에조 소자, 제 1 액추에이터)와는 독립하여 구동되는 제 2 피에조 소자(7; 제 2 액추에이터)가 부착되어 있다. 제 1 피에조 소자(6)와 제 2 피에조 소자(7)에는, 구동 장치(2)로부터 타이밍, 펄스 폭, 펄스 높이 등이 상이한 구동 펄스(2p1 및 2p2)를 각각 공급하는 것이 가능하다. 예를 들어, 타이밍이 상이한 구동 펄스(2p1 및 2p2)를 공급함으로써, 캐비티(13)를, 구동 펄스(2p1 및 2p2)에 의해 변형(변위)하는 피에조 소자(6 및 7)의 변위를 합성한 바와 같이 변형시킬 수 있다. 피에조 소자(6)에 의해 캐비티(13)를 팽창시키고, 다른 타이밍에 피에조 소자(7)에 의해 캐비티(13)를 압축시키거나 하는 것도 가능하며, 다양한 조건으로 토출 헤드(10)의 내부의 압력을 변동시켜 액상 물질(9)을 토출시킬 수 있다.
예를 들어, 2개의 피에조 소자(6 및 7)를 동시에 구동하면 큰 액적을 토출할 수 있다. 동일한 방법으로, 고점도의 액을 토출할 수 있다. 저점도의 액을 토출할 때에는 하나의 피에조 소자를 이용하여 풀-드라이빙(pull-driving)법에 의해 토출하면, 피에조 소자에 의한 압력 변동으로 메니스커스(meniscus)로부터 액을 끌어들인 후에, 피에조 소자를, 메니스커스를 밀어 내도록 변위시킨다. 그 후에, 내부에서 발생한 압력파가 노즐 내에서 반사하여, 토출 후에 메니스커스에 도달하며, 그 압력파가 충분히 감쇠하고 있지 않으면, 재토출해 버릴 가능성이 있다. 이러한 경우, 일방의 피에조 소자(6 또는 7)를 이용하여 풀-드라이빙을 행하고, 타방의 피에조 소자(7 또는 6)를 이 재토출 타이밍에 맞추어, 메니스커스를 끌어들이도록 변위시키는 것이 가능하여, 재토출을 방지하는 것이 가능해진다. 게다가, 일방의 피에조 소자(6 또는 7)의 변위에 의해 발생한 압력파로 액을 토출하고 있는 한중간에, 타방의 피에조 소자(7 또는 6)를, 액적을 노즐 내부로 되돌리도록 변위시키면, 보다 작은 액적을 형성할 수 있다.
도 11에, 토출 헤드의 또 다른 예를 단면도에 의해 도시하고 있다. 이 토출 헤드(10)의 캐비티(13)도, 양측의 벽이 좁아진 상태로 성형되어 있으며, 피에조 소자(6)가 부착된 평탄한 외면(23b)의 제 1 벽(23a)에 대향한(반대측) 위치에, 반대측의 평탄한 외면(23d)을 구비한 제 2 벽(23c)을 구비하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 제 2 벽(23c)의 외측의 면(23d)에 제 1 벽(23a)에 부착된 피에조 소자(6; 제 1 피에조 소자)와는 독립하여 구동되는 제 2 피에조 소자(7)가, 제 1 피에조 소자(6)와 Y방향으로 대치하지 않도록 위치를 어긋나게 하여 부착되어 있다. 제 1 피에조 소자(6)와, 제 2 피에조 소자(7)에는, 구동 장치(2)로부터 타이밍, 펄스 폭, 펄스 높이 등이 상이한 구동 펄스(2p1 및 2p2)를 각각 공급하는 것이 가능하다.
예를 들어, 타이밍이 다른 구동 펄스(2p1 및 2p2)를 공급하거나, 구동 펄스(2p1 및 2p2)에 의해 피에조 소자(6 및 7)가 변형(변위)하는 시간을 변경하거나 함으로써, 토출 헤드(10) 내부에 유지되는 액상 물질(9)을 매체(매질)로서 캐비티(13)로부터 노즐 개구(11)를 향해 전파하는 진행파를 만들 수 있다. 따라서, 이 진행파에 의해, 유리관(20)의 내부에서 폐색하기 쉬운 세포 등의 생물 시료를 포함한 액상 물질(9)이어도, 노즐 개구(11)를 향해 이동시키기 쉽다. 이 때문에, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 세포 등이 부착하여 액상 물질(9)의 흐름이 정체되거나, 액상 물질(9)이 막히거나 하는 것을 더 방지할 수 있다. 덧붙여, 제 1 피에조 소자(6)와 제 2 피에조 소자(7)는, 제 1 벽(23a) 또는 제 2 벽(23c) 중 어느 일방에 길이 방향(Z방향)의 위치를 어긋나게 하여 부착해도 된다.
도 12에, 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 유리관(20)의 외면에 전기 히터(60)가 코일 형상으로 감겨, 유리관(20) 내부의 액상 물질(9)을 가온(加溫)할 수 있게 되어 있다. 예를 들어, 액상 물질(9)이 고점도이면, 온도를 올림으로써 점도를 내려 토출하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 이 토출 헤드(10)라면, 소정의 온도로 가열하거나, 가온하여 분리주입하는 것이 바람직한 액상 물질(9)을 토출할 수 있다.
도 13에, 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 유리관(20)의 편평부(23)의 제 2 벽(23c)의 외면(23d)에 전기 히터(61)를 부착하고 있다. 제 2 벽(23c)의 외면(23d)은 평탄하므로 면 형상 히터(61)를 부착할 수 있어, 염가로 유리관(20) 내부의 액상 물질(9)을 가열할 수 있다.
도 14에, 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 유리관(20)의 편평부(23)의 제 2 벽(23c)의 외면(23d)에 접속용 전극(71)을 설치하고 있다. 게다가, 유리관(20)의 외측에, 편평부(23)의 접속용 전극(71)으로부터 선단(21)의 개구(11)를 향해 전압 인가용 전극(72)을 설치하고 있다. 접속용 전극(71)은, 정전 구동 컨트롤러(75; 장치)에 접속되어 있어, 정전 흡인용 또는 정전 어시스트용의 펄스 형상의 전위를 노즐 개구(11) 부근에 인가할 수 있게 되어 있다. 기판 등의 타겟(미도시)과 액상 물질(9) 사이에 전위차를 형성함으로써, 정전력을 이용하여 액상 물질(9)을 노즐 개구(11)로부터 토출할 수 있다. 정전 구동 컨트롤러(75)는, 피에조 구동용 컨트롤러(2)와 협동하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 피에조 소자(6)에 의해 액상 물질(9)의 메니스커스를 노즐 개구(11)까지 이동시킨 후에 정전 구동 컨트롤러(75)에 의해 전위를 인가함으로써 정전 흡인 방식에 의해 액상 물질(9)을 토출할 수 있다.
도 15에, 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 노즐 선단(21)과, 좁은 유로(15)를 형성하는 조임부(25)를 유리관(20)을 두껍게 함으로써 형성하고 있다. 따라서, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 유리관(20)에 굴곡 등의 응력이 집중하기 쉬운 부분을 감소시킬 수 있어, 파손을 억제할 수 있다. 게다가, 후단(29)은, 내측이 테이퍼진 형상으로 모따기되어 있어, 공급관(4)을 접속했을 때에 단차가 발생하기 어려운 형상으로 되어 있다. 따라서, 공급관(4)의 접속 부분도 포함하여, 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 기포의 발생을 억제할 수 있어, 액상 물질(9)의 막힘을 억제할 수 있다.
도 16에, 토출 헤드의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 토출 헤드(10)에 있어서는, 노즐 선단(21)과 편평부(23)를 접속하는 원통부(22)를 45도 방향으로 구부려 노즐 개구(11)를 유리관(20)의 중심축 방향으로부터 거의 45도 상이한 방향을 향하도록 하고 있다. 따라서, 액상 물질(9)을 토출 헤드(10)의 중심축으로부터 상이한 방향으로 토출할 수 있다. 원통부(22)는, 유리관(20)의 강도, 연락로(12)를 구부림에 따른 압력 손실 등에 문제가 없으면 임의의 각도로 구부릴 수 있어, 임의의 방향으로 노즐 개구(11)를 향하게 할 수 있다.
도 17은, 복수의 토출 헤드(10)를 구비한 헤드 블록(80)의 일례를 도시하고 있다. 이 헤드 블록(80)은, 복수의 토출 헤드(10)의 선단(21)을 소정의 위치 또는 배열로 고정하기 위한 노즐관 고정구(81)를 구비하고 있다. 복수의 토출 헤드(10)는, 각각의 원통부(22)가 적당한 각도로 구부러질 수 있으며, 복수의 노즐 개구(11)가 좁은 면적으로 집적하여 배치할 수 있게 되어 있다. 한편, 각각의 토출 헤드(10)의 피에조 소자(6)는 분산하여 배열되므로 배선 등은 용이하며, 유리관(20)을 이용한 토출 헤드(10)에 의해 멀티 노즐 타입의 토출 헤드를 구성할 수 있는 것을 나타내고 있다. 복수의 노즐 개구(11)는, 판 형상의 고정구에 한정하지 않고, 유리관(20)의 선단 부분(21)을 접합 부재로 접합하거나, 접착제로 고정하거나 해도 된다.
게다가 상기에서는, 토출 헤드(10)에 의해 액상 물질(9)이 토출되는 대상물, 예를 들어, 펠릿, 시험관, 시험용 기록지, 및 토출 헤드(10) 또는 대상물을 이동하기 위한 기구는 도시하지 않지만, 그 당업자가 공지의 기구를 포함하는 토출 장치도 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 관로(管路)의 단면(斷面)이 상기 관로에 대해 직교하는 제 1 방향으로 연장된 편평한 원 형상의 편평부를 포함하는 관 형상 부재(tubular member)로서, 상기 편평부가, 외측(外側)에 액추에이터가 부착되는 평탄한 제 1 벽을 포함하며, 상기 제 1 벽의 변위에 따라 내부 용적이 변동하는 캐비티(cavity)로 이루어지도록 성형된 관 형상 부재와,
    상기 관 형상 부재의 일방의 단(端)에 형성된 노즐 개구로서, 상기 캐비티의 내부 용적의 변동에 의해 액상 물질을 토출하는 노즐 개구를 가지며,
    상기 관 형상 부재는, 상기 편평부의 전후로 위치하는 제 1 원통부 및 제 2 원통부를 포함하고, 상기 편평부는 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 원통부 및 상기 제 2 원통부보다 외측으로 넓어지며, 상기 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향으로 상기 제 1 원통부 및 상기 제 2 원통부보다 내측으로 좁아져 있는, 토출 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 개구는, 상기 관 형상 부재의 상기 일방의 단이 좁혀져 성형되어 있는, 토출 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재의 상기 캐비티에 대해 상기 노즐 개구의 반대측의 일부가 좁혀져 있는, 토출 헤드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재는, 유리관, 수지관, 세라믹관 또는 금속관인, 토출 헤드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 벽의 외측에 부착된 평판 형상의 제 1 액추에이터를 더 가지는, 토출 헤드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재는, 상기 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하며,
    상기 제 2 벽의 외측에 부착된 평판 형상의 제 2 액추에이터로서, 상기 제 1 액추에이터와 독립하여 구동되는 제 2 액추에이터를 더 가지는, 토출 헤드.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재는, 상기 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하며,
    상기 제 2 벽의 외측에 부착된 면(面) 형상의 히터를 더 가지는, 토출 헤드.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재의 외면의 적어도 일부에 코일 형상으로 감긴 히터를 더 가지는, 토출 헤드.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재는, 상기 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하며,
    상기 제 2 벽의 외측에 부착된 접속용 전극과,
    상기 접속용 전극과 연결되어 상기 노즐 개구의 근방까지 연장된 전압 인가용 전극을 더 가지는, 토출 헤드.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재의 상기 캐비티로부터 상기 노즐 개구에 이르는 제 1 관부가 만곡(彎曲)되어 있는, 토출 헤드.
  11. 제 5 항에 기재된 토출 헤드를 복수 가지는, 헤드 블록.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 헤드 블록에 포함되는 복수의 토출 헤드 중 적어도 어느 하나의 토출 헤드의 상기 관 형상 부재의 상기 캐비티로부터 상기 노즐 개구에 이르는 제 1 관부가 만곡되어 있는, 헤드 블록.
  13. 제 1 항에 기재된 토출 헤드와,
    상기 제 1 벽의 외측에 부착된 평판 형상의 제 1 액추에이터와,
    상기 제 1 액추에이터를 구동시키는 구동장치를 가지는, 토출 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재는, 상기 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하고,
    또한, 상기 제 2 벽의 외측에 부착된 평판 형상의 제 2 액추에이터를 가지며,
    상기 구동장치는, 상기 제 1 액추에이터 및 상기 제 2 액추에이터를 독립하여 구동시키는, 토출 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 노즐 개구의 근방까지 연장된 전압 인가용 전극과,
    상기 전압 인가용 전극에 전압을 인가하는 정전 구동장치를 더 가지는, 토출 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 관 형상 부재는, 상기 제 1 벽에 대향한 평탄한 제 2 벽을 포함하고,
    또한, 상기 제 2 벽의 외측에 부착된 접속용 전극을 가지며,
    상기 전압 인가용 전극은, 상기 접속용 전극과 연결되고,
    상기 정전 구동장치는, 상기 접속용 전극에 전압을 인가하는, 토출 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    액상 물질을 저장하는 용기를 장착 가능한 장착부와,
    상기 장착부에 장착된 상기 용기로부터 액상 물질을 상기 관 형상 부재에 공급하는 공급로를 더 가지는, 토출 장치.
  18. 관로의 단면이 상기 관로에 대해 직교하는 제 1 방향으로 연장된 편평한 원 형상의 편평부와, 상기 편평부의 외측에 액추에이터가 부착되는 평탄한 제 1 벽을 포함하며, 상기 편평부가, 상기 제 1 벽의 변위에 따라 내부 용적이 변동하는 캐비티로 이루어지도록 성형된 관 형상 부재로서,
    상기 관 형상 부재의 일방의 단에, 상기 캐비티의 내부 용적의 변동에 의해 액상 물질을 토출하는 노즐 개구가 형성되며,
    상기 관 형상 부재는, 상기 편평부의 전후로 위치하는 제 1 원통부 및 제 2 원통부를 포함하고, 상기 편평부는 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 원통부 및 상기 제 2 원통부보다 외측으로 넓어지며, 상기 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향으로 상기 제 1 원통부 및 상기 제 2 원통부보다 내측으로 좁아져 있는, 관 형상 부재.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 노즐 개구는, 상기 관 형상 부재의 상기 일방의 단이 좁혀져 성형되어 있는, 관 형상 부재.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 캐비티에 대해 상기 노즐 개구의 반대측의 일부가 좁혀져 있는, 관 형상 부재.
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