專利名稱：噴出頭及噴出裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適合于用于噴出液體、包含液體及粒子的物質(zhì)等的裝置的噴出頭。
背景技術：
在日本特開2007-296817號公報(文獻1)中，記載有對由使用PZT(鋯鈦酸鉛) 等的壓電元件與金屬板、陶瓷層疊而構(gòu)成的壓力發(fā)生器施加電壓，使壓力發(fā)生器產(chǎn)生壓力從而噴出液體的方式。而且，在文獻1中，記載有采用該方式的、在從容器(tank)到噴出口的中途設置直徑0. 1 Imm左右的細長的圓筒形的壓電體、通過使該部分作為加壓泵發(fā)揮作用來噴出液滴的方式。這被稱作古爾德(Gould)型噴墨頭，在圓筒形狀的壓電體的內(nèi)表面與外表面上形成有電極，電極上連接有用于施加驅(qū)動電壓的引線。圓筒形狀的壓電體的內(nèi)表面電極通過粘著而與貫穿該壓電元件的中空管固定在一起。中空管為了避免與圓筒形狀的壓電體電接觸而由玻璃等絕緣材料構(gòu)成，在中空管的一端連接有用于從墨盒等供給墨水的墨水管，在其另一端形成有用于噴出墨水滴的噴出口。人們正在研究使用作為印刷裝置而開發(fā)的噴墨技術向印刷用紙及其替代物噴出墨水及其它物質(zhì)。在采用PIEZO壓電元件等致動器的方式中，能夠不對液體加熱而將其噴出，因此預計應用范圍廣泛。作為噴出的對象的物質(zhì)并不限于液體，人們正在研究液體與微粒子的混合物(液狀物質(zhì))、水溶液、溶劑、試劑、包含細胞或基因等生物(生物體)材料的物質(zhì)等各種各樣的物質(zhì)。因而，需要能夠應對從低粘度至高粘度的液體的噴出頭、即使是純凈水也能夠噴出的應對高表面張力的噴出頭、針對酸性液體或溶劑具有抗性的噴出頭等。包含玻璃管、樹脂管、陶瓷管及金屬管的管狀的構(gòu)件、特別是玻璃管，作為移液管等多用于使用試劑的實驗等中，其適合處理各種各樣的溶液。因而，將玻璃管與圓筒形的壓電體組合后的葫蘆型的噴墨頭是符合上述要求的噴出頭之一。為了沿玻璃管形成圓筒狀的壓電元件，存在有利用濺射法、絲網(wǎng)印刷法、氣相淀積法等在玻璃管上直接形成壓電層的方法、燒結(jié)壓電陶瓷之后對其內(nèi)部進行切削加工而去除其內(nèi)部的方法、或者以圓筒形的形狀進行燒結(jié)的方法。但是，不管采用哪一種方法，利用葫蘆型的噴墨頭高效地對玻璃管進行加壓都不是那么容易的，而且，也不經(jīng)濟。特別是，需要相對于管的直徑稍微增大壓電元件的內(nèi)徑，因此針對管的外徑的參差不齊，需要使壓電元件的內(nèi)徑在從數(shù)μπι到數(shù)百ym的范圍內(nèi)與該管的外徑相迎合，這就成為成本增加或產(chǎn)量降低的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方式之一為一種噴出頭，該噴出頭具有管狀構(gòu)件，其包含管路的截面沿第1方向延伸的扁圓狀的扁平部，扁平部在外側(cè)包括用于安裝致動器的平坦的第1壁，該管狀構(gòu)件成形為內(nèi)部容積因第1壁的位移而改變的空腔；噴嘴開口，其設置在管狀構(gòu)件的一端，該噴嘴開口用于借助空腔的內(nèi)部容積的改變而噴出液狀物質(zhì)。具有該管狀構(gòu)件的噴出頭通過在平坦的第1壁上安裝平板狀的致動器而使空腔的內(nèi)部容積改變，從而能夠從噴嘴開口噴出液狀物質(zhì)。因而，能夠提供一種噴出頭，該噴出頭利用玻璃管等管狀構(gòu)件來構(gòu)成包含空腔的部分，取代圓筒狀的致動器而能夠用平板狀的驅(qū)動器來驅(qū)動該噴出頭。因此，利用粘貼平板狀的壓電元件等方法，能夠提供一種簡單、低成本且具有管狀構(gòu)件的噴出頭。為了自噴嘴開口噴出液狀物質(zhì)而使壓力改變的空腔是易于產(chǎn)生氣泡的位置。該噴出頭由于包含管狀構(gòu)件的管路的截面沿第1方向延伸的扁圓狀的扁平部，因此能夠?qū)⒖涨坏牧髀返慕孛嫘纬蔀榻巧倩驘o角(無棱角)的扁圓形(長圓形)或者與其近似的形狀。因而，能夠預先防止氣泡或液狀物質(zhì)所包含的物質(zhì)等附著而導致液狀物質(zhì)的流動停滯、或者液狀物質(zhì)堵塞，能夠提供一種適合噴出各種各樣的液狀物質(zhì)的噴出頭。優(yōu)選該噴出頭的噴嘴開口是通過管狀構(gòu)件的一端被縮徑而成形的。從空腔直至噴嘴開口能夠使用1個管狀構(gòu)件、例如玻璃管來形成，能夠提供一種具有耐酸性等耐藥品性、 難以產(chǎn)生由氣泡等引起的堵塞或堆積、適合噴出各種各樣的液狀物質(zhì)的噴出頭。而且，優(yōu)選該噴出頭的相對于管狀構(gòu)件的空腔位于與噴嘴開口相反一側(cè)的部分中的一部分被縮徑。能夠進一步高效地向噴嘴開口傳遞由空腔的內(nèi)部容積改變引起的壓力變化，包含節(jié)流部直至空腔、甚至直至噴嘴開口都能夠由1個管狀構(gòu)件來形成。因此，能夠提供一種更難以產(chǎn)生由氣泡等引起的停滯或堵塞、適合噴出各種各樣的液狀物質(zhì)的噴出頭。該噴出頭的管狀構(gòu)件的代表性例子為玻璃管、樹脂管、陶瓷管或金屬管，不再使致動器的形狀與這些管狀構(gòu)件的形狀相吻合，取而代之，通過使管狀構(gòu)件的一部分與平板狀的第1致動器相吻合，能夠提供一種低成本且具有管狀構(gòu)件的優(yōu)點的噴出頭。管狀構(gòu)件能夠成形為包含與第1壁相對的平坦的第2壁。該第2壁的外側(cè)也可以安裝平板狀的第2致動器，該第2致動器與安裝在第1壁的外側(cè)的第1致動器獨立地被驅(qū)動。而且，能夠在各種條件下借助空腔來控制噴嘴內(nèi)(噴出頭內(nèi))的壓力。為了更容易地噴出高粘度的液狀物質(zhì)，對噴出頭內(nèi)的液狀物質(zhì)進行加熱是有效的。為此，期望在第2壁的外側(cè)安裝面狀的加熱器。另外，也可以設置呈螺旋狀卷繞在管狀構(gòu)件的外表面的至少一部分上的加熱器。平坦的第2壁也能夠用作連接用的電極的設置位置。而且，通過設置與連接用的電極相連且延伸至噴嘴開口附近的電壓施加用的電極，能夠提供一種除了 PIEZO壓電元件等致動器的噴出方式以外、還能夠利用噴出靜電吸引方式和/或靜電輔助方式噴出液狀物質(zhì)的噴出頭。另外，該噴出頭通過使從管狀構(gòu)件的空腔直至噴嘴開口的第1管部彎曲，能夠調(diào)整噴嘴開口的朝向，相反，相對于噴嘴開口的朝向能夠改變致動器的安裝位置。因而，適合組合多個噴嘴頭來構(gòu)成頭部件。本發(fā)明的不同方式之一為一種噴出裝置，其具有上述噴出頭；平板狀的第1致動器，其安裝在第1壁的外側(cè)；驅(qū)動裝置，其用于驅(qū)動第1致動器。在該噴出裝置中，管狀構(gòu)件包含與第1壁相對的平坦的第2壁，還具有安裝在第2壁的外側(cè)的平板狀的第2致動器，驅(qū)動裝置也可以獨立地驅(qū)動第1致動器及第2致動器。該噴出裝置還可以進一步具有延伸至噴嘴開口附近的電壓施加用的電極和對電壓施加用的電極施加電壓的靜電驅(qū)動裝置。在該噴出裝置中，期望管狀構(gòu)件包含與第1壁相對的平坦的第2壁，還具有安裝在第2壁的外側(cè)的連接用的電極，電壓施加用的電極與連接用的電極相連，靜電驅(qū)動裝置對連接用的電極施加電壓。該噴出裝置還可以進一步具有能夠安裝用于儲存液狀物質(zhì)的容器的安裝部和用于從安裝在安裝部上的容器向管狀構(gòu)件供給液狀物質(zhì)的供給路。采用該噴出裝置，能夠利用管狀構(gòu)件來構(gòu)成噴出頭，因此能夠提供一種氣泡或液狀物質(zhì)不易堵塞、適合噴出各種液狀物質(zhì)、例如水類或生物類的液狀物質(zhì)等的噴出裝置。本發(fā)明的另一不同方式之一為管狀構(gòu)件，其包含管路的截面沿第1方向延伸的扁圓狀的扁平部和位于扁平部的外側(cè)的用于安裝致動器的平坦的第1壁，扁平部成形為內(nèi)部容積因第1壁的位移而改變的空腔；其中，在該管狀構(gòu)件的一端，設有用于借助空腔的內(nèi)部容積的改變而噴出液狀物質(zhì)的噴嘴開口。期望噴嘴開口是通過管狀構(gòu)件的一端縮徑而成形的。而且，期望該管狀構(gòu)件的相對于空腔與噴嘴開口相反一側(cè)的部分中的一部分被縮徑。


圖1是表示本發(fā)明的一個例子的噴出裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖2是放大表示噴出頭的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖3是表示噴出頭的長邊方向的剖面的剖視圖。圖4是表示噴出頭的長邊方向的不同剖面的剖視圖。圖5是放大表示噴出頭的頂端的剖視圖。圖6是表示噴出頭的圓筒狀的部分的剖視圖。圖7是表示噴出頭的扁平狀的部分的剖視圖。圖8是表示噴出頭的節(jié)流部的剖視圖。圖9是表示噴出頭的不同例子的圖，是為了表示噴出頭的扁平狀的部分的不同形狀而抽出表示噴出頭的一部分的剖視圖。圖10是表示噴出頭的另一不同例子的剖視圖。圖11是表示噴出頭的另一不同例子的剖視圖。圖12是表示噴出頭的另一不同例子的圖。圖13是表示噴出頭的另一不同例子的剖視圖。圖14是表示噴出頭的另一不同例子的剖視圖。圖15是表示噴出頭的另一不同例子的剖視圖。圖16是表示噴出頭的另一不同例子的剖視圖。圖17是表示頭部件的剖視圖。
具體實施例方式圖1中示出了本發(fā)明的第1實施方式的噴出裝置的概略結(jié)構(gòu)。噴出裝置1包含 噴出頭(頭、噴嘴頭、利用噴墨方式驅(qū)動的噴嘴頭)10，其具有作為管狀構(gòu)件的玻璃管20 ；容器5，其用于容納從噴出頭10噴出的液狀物質(zhì)9 ；驅(qū)動裝置(驅(qū)動單元、驅(qū)動器、控制器)2， 其用于驅(qū)動使液狀物質(zhì)9從噴出頭10噴出的第1致動器6。噴出頭10具有大致呈直線延伸的玻璃管(管狀構(gòu)件)20。玻璃管20的頂端部分 21成為噴嘴開口 11，從頂端部分21后退的部分(扁平部)23成為扁平狀(平坦形狀)的空腔(壓力室)13，而且，末端(后端) 借助供給管4與容器5相連接。具有該扁平部23的管狀構(gòu)件20，能夠由一根玻璃管利用適當?shù)姆椒?、例如模具成形而成，在?nèi)部形成有從空腔13直至噴嘴開口 11的無縫的流路。因而，玻璃管20的空腔13的部分，包含外側(cè)平坦的第1壁23a。供給管4可以是玻璃管，也可以是撓性的硅管、橡膠管等樹脂管、金屬管等。噴出頭10包含安裝在玻璃管20的空腔13的平坦的第1壁23a的外側(cè)的面(外表面)2 上的平板狀上的壓電元件(ΡΙΕΖ0壓電元件、致動器)6，利用致動器(第1致動器)6改變空腔13的內(nèi)壓，從而自與空腔13連通的噴嘴開口 11噴出液狀物質(zhì)9。壓電元件 6與ΙΤ0、金屬等薄膜的電極6e —起安裝在玻璃管20上，其借助電極6e接收驅(qū)動脈沖(電壓驅(qū)動脈沖)而伸縮，改變空腔13的內(nèi)部容積。另外，壓電元件6的代表性例子為PIEZO 壓電元件，壓電元件6具有包含電極等的公知的結(jié)構(gòu)。該噴出裝置1中，驅(qū)動器2接收來自個人計算機等終端設備的指示(信號)，驅(qū)動器2利用驅(qū)動脈沖驅(qū)動致動器6。在致動器6的作用下，設置在玻璃管20上的空腔13的具有平坦的外表面23b的第1壁23a發(fā)生位移，空腔13的內(nèi)部容積改變，因此空腔13的內(nèi)壓發(fā)生變化。借助內(nèi)壓的變化，從容器5供給的液狀物質(zhì)9從設置在玻璃管20的頂端21的噴嘴開口 11噴出。本例子的噴出裝置1包含安裝在噴出頭10的安裝部3上的容器5，其適合于利用噴墨方式的噴出頭10噴出各種液狀物質(zhì)9或進行分注。液狀物質(zhì)9例如是試劑、包含細胞等生物試樣的水溶液。包含空腔13的噴出頭10的主要部分由一根玻璃管20形成，因此即使是因各種條件而易于產(chǎn)生氣泡的液體或細胞等的易于形成閉塞的液狀物質(zhì)9，也能夠不產(chǎn)生那種不良情況地將其噴出。即，該噴出裝置1能夠應對低粘度到高粘度的液體，即使是像純凈水那樣的高表面張力的液體也能夠?qū)⑵鋰姵?。而且，由于玻璃?0難以熔化，因此該噴出裝置1能夠容易地噴出酸性液體或溶劑。圖2中放大示出了噴出頭10的玻璃管20的結(jié)構(gòu)(形狀)。在圖3及圖4中，利用分別包含與長邊方向(中心軸)IOOz (以下，稱作Z方向)正交的第1方向100x(以下， 稱作X方向)和與ζ方向及X方向正交的第2方向IOOy (以下，稱作Y方向)的剖面示出了玻璃管20的概略結(jié)構(gòu)。該玻璃管20的代表性尺寸為外徑1 4mm、厚度0. 05 1mm，最好是硬質(zhì)玻璃管、耐熱玻璃管、精密玻璃細管等。另外，進一步期望玻璃管20的外徑為1 3mm ο玻璃管20從頂端的噴嘴開口 11朝向后端四包含頂端部分21，其朝向頂端的噴嘴開口 11逐漸縮徑；第1圓筒部22，其位于頂端部分21的后方且截面為大致圓筒狀；第1 連接部27，其位于第1圓筒部22后方，用于將第1圓筒部22變形為成形為截面沿X方向變大沿Y方向變小的扁平狀的扁平部23 ；扁平部23，其位于第1連接部27后方，該扁平部23 扁平化為截面為呈大致扁圓形(長圓形)或與此接近的形狀；第2連接部觀，其位于扁平部 23的后方，用于將扁平部23與截面呈圓筒狀的第2圓筒部M相連接；縮徑部25，其位于第 2連接部觀的后方，縮徑部25為了減小截面積而形成為將圓筒縮徑后的形狀；第3圓筒部 26，其位于縮徑部25的后方且截面呈大致圓筒狀，用于將玻璃管20與供給管4相連接。扁平部23也可以成形為沿不同的方向、例如沿Y方向變大沿X方向變小的扁平狀。另外，在本說明書中，扁圓形(長圓形)是指包含除了長方形或正方形等的有棱角(有角)的形狀、并且除了正圓形(圓形)以外的縱長狀的圓形，是除了橢圓形以外還包含在長方形或正方形的對邊的每一個上添加以對邊間的距離(對邊彼此的間隔)為直徑的半圓形后的形狀等的各種各樣的形狀的概念。進一步詳細說明各個部分，首先，玻璃管20的頂端部分21如圖5放大所示，將玻璃管20的頂端成形為作為噴嘴開口 11縮徑至適當尺寸的形狀。噴嘴開口 11的代表性內(nèi)徑為15 200 μ m，朝向頂端成為錐狀的頂端部分21的長度例如為0. 5 10mm。S卩，頂端部分21的長度為玻璃管20的直管部分的內(nèi)徑(0. 5 2. 8mm)的1 20倍左右。頂端部分21的成形方法之一為拉拔加熱后的玻璃管20，但是能夠使用公知的玻璃加工的各種各樣的方法，并不限定加工方法。優(yōu)選在頂端部分21設有直至噴嘴開口 11的10 500 μ m 左右的直線部分(直管部分)。另外，進一步優(yōu)選噴嘴開口 11的內(nèi)徑為20 200 μ m。頂端部分21的后方的第1圓筒部22是構(gòu)成用于對空腔13與噴嘴開口 11的連絡通路12進行連通的部分，圖6中放大示出了其剖面。構(gòu)成連絡通路12的第1圓筒部22的長度例如為1 50mm，更優(yōu)選為1 20mm。S卩，第1圓筒部22的長度為內(nèi)徑的2 100倍左右，更優(yōu)選為2 50倍左右。該第1圓筒部22可以是直管，也可以彎曲為適當?shù)慕嵌取?例如，通過90度彎曲第1圓筒部22，能夠使噴嘴開口 11朝向相對于玻璃管20的長度方向彎曲90度的方向，能夠沿彎曲90度的方向噴出液狀物質(zhì)9。第1圓筒部22的后方的扁平部23是在內(nèi)部形成扁平的扁圓筒狀或長圓筒狀的空間且構(gòu)成作為壓力室的空腔13的部分，圖7中放大示出了其剖面?？涨?3為了使液狀物質(zhì)9從噴嘴開口 11噴出而改變壓力，因此是易于產(chǎn)生氣泡的部位。扁平部23形成為玻璃管20的流路的截面為沿第1方向(X方向)延伸的扁圓狀 (長圓狀)且在截面上角較少或沒有角(無棱角)的扁圓形(長圓形)。因此，能夠?qū)⒖涨?13的流路的截面形成為沒有臺階、突起或凹部等或者臺階、突起或凹部等較少的平滑的形狀。因而，能夠提供能夠預先防止氣泡或液狀物質(zhì)9所包含的物質(zhì)等附著而導致液狀物質(zhì) 9的流動堵塞、或者預先防止液狀物質(zhì)9堆積的、適合噴出各種各樣的液狀物質(zhì)9的噴出頭 10及噴出裝置1?？涨?3的代表性尺寸為，內(nèi)部的Y方向的最大高度(最大內(nèi)徑)h為0. 05 1.0mm，內(nèi)部的X方向的最大寬度Wi為0.5 5mm左右，內(nèi)部的長度方向(Z方向)的長度為2 20mm。該扁平部23的成形方法之一為在對玻璃管20加熱之后從上下方向(與長度方向正交的方向、Y方向)對其進行沖壓。通過在不僅沿一維方向(前后方向、長邊方向、 Z方向)而且沿二維方向(與上下方向、長邊方向正交的方向、Y方向)進行壓展的狀態(tài)下沖壓成形玻璃管20，在內(nèi)部形成扁平的空間13。與此同時，在玻璃管20的扁平部23的壁 23a的外側(cè)形成平坦的面23b。該成形方法是1個例子，也能夠如注射成形那樣向模具(模子)吹送玻璃、樹脂等的管狀構(gòu)件并成形規(guī)定形狀的玻璃管20，也可以軋制金屬而獲得規(guī)定形狀的管狀構(gòu)件。另外，進一步優(yōu)選空腔13的內(nèi)部的Y方向的最大高度(最大內(nèi)徑)h 為0.05 0.5mm，進一步優(yōu)選內(nèi)部的長度方向(Z方向)的長度為2 15mm。扁平部23的壁23a、特別是用于安裝致動器6的壁(第1壁)23a為板狀，其壁厚 t優(yōu)選為10 500 μ m左右，更優(yōu)選為10 300 μ m左右。另外，壁厚t進一步期望為50 500 μ m左右，更優(yōu)選為50 300 μ m左右。期望扁平部23成形為使外部的最大寬度Wo成為0. 55 7mm左右，在壁23a的外表面2 上能夠獲得寬度Ws為0. 5 5mm左右、更優(yōu)選為1.0 3. 5mm左右的大致平坦的面。另外，壁23a的外表面23b的寬度Ws進一步期望為1. 0 2. 5mm左右。在扁平部23的壁23a的平坦的外表面2 上安裝平板狀的致動器(ΡΙΕΖ0壓電元件)6，從而利用致動器6能夠使壁23a振動或變形(位移)。而且，通過將玻璃管20設為扁平，能夠使用于安裝致動器6的壁23a變薄為上述厚度t左右，從而能夠使其作為在致動器6的作用下產(chǎn)生振動或位移的振動板而發(fā)揮作用。通過驅(qū)動壓電致動器 6、使薄壁23a振動，能夠?qū)⑦B絡通路12內(nèi)的液體作為液滴從噴嘴開口 11噴出。扁平部23的后方的第2圓筒部M是構(gòu)成第2連絡通路14的部分，該第2連絡通路14用于連絡(連通)空腔13與其后方的縮小了開口面積的作為節(jié)流孔而發(fā)揮作用的狹窄流路15。連絡通路14也作為用于向空腔13供給液狀物質(zhì)9的緩沖器而發(fā)揮作用，構(gòu)成連絡通路14的第2圓筒部M的長度例如為1 50mm，更優(yōu)選為1 20mm。S卩，第2圓筒部24的長度為內(nèi)徑的2 100倍左右，更優(yōu)選為2 50倍左右。該第2圓筒部M可以是直管，也可以彎曲為適當?shù)慕嵌?。?圓筒部M的后方的縮徑部25是用于構(gòu)成開口面積狹小的流路15的部分，圖 8中示出了其剖面。流路15的內(nèi)徑例如為15 200 μ m,從而空腔13的壓力變化被高效地傳遞至噴嘴開口 11側(cè)，空腔13的壓力變化難以傳輸?shù)焦┙o管4和容器5?？s徑部25的成形方法之一為沿前后方向(長度方向)拉拔加熱后的玻璃管20，使朝向開口面積最狹小的部分成為錐狀的部分的長度在前后分別為例如0. 5 10mm，縮徑部25的整體長度為1 20mm左右。即，成為錐狀的部分的長度分別為玻璃管20的直管部分的內(nèi)徑(0. 5 2. 8mm) 的1 20倍左右。另外，進一步優(yōu)選流路15的內(nèi)徑為20 200 μ m。縮徑部25的后方的第3圓筒部沈是構(gòu)成用于連通供給管4的第3連絡部16的部分。為了連接供給管4，優(yōu)選其具有至少0.5mm的長度。例如，當噴出微量或較少量的液狀物質(zhì)9時，在將噴嘴開口 11放入作為噴出對象的液狀物質(zhì)9中的狀態(tài)下，利用與供給管4的頂端等相連接的泵(未圖示)向上吸引液狀物質(zhì)9，之后，驅(qū)動PIEZO壓電元件6，從而能夠向基板等目標(未圖示)噴出液狀物質(zhì)9。 在該情況下，優(yōu)選用于向上吸引并蓄積液狀物質(zhì)9的圓筒部沈的長度為5 IOOmm左右。 可以不將液狀物質(zhì)9吸入至供給管4的內(nèi)部而向上吸引、噴出期望量的液狀物質(zhì)9。第1圓筒部22、扁平部23及第2圓筒部M是通過加工(成形)1個玻璃管20而形成的。扁平部23借助第1圓筒部22與第1連接部27成形為平滑的形狀，扁平部23還借助第2圓筒部M與第2連接部觀成形為平滑的形狀。因此，如圖3及圖4所示，扁平部 23內(nèi)部的扁平截面的空腔13利用形成在第1連接部27和第2連接部觀的內(nèi)部的流路13a 和Hb分別平滑地與前后的圓筒狀截面的連絡通路12和14相連，能夠防止在流路內(nèi)出現(xiàn)連接不同的元件時易于產(chǎn)生的微小的臺階、突起或凹部等。因而，能夠預先防止在玻璃管20內(nèi)部的空腔13和前后的連絡通路12及14中附著氣泡或液狀物質(zhì)9所包含的物質(zhì)(例如，細胞等)而導致液狀物質(zhì)9的流動堵塞、或者液狀物質(zhì)9堆積。因此，使用該玻璃管20的噴出頭10能夠噴出低粘度至高粘度的液體，即使是像純凈水那樣的高表面張力的液體也能夠?qū)⑵鋰姵?。而且，在該噴出頭10中，通過將1個玻璃管20的端部和中途縮徑，形成有噴嘴開口 11和后方的成為節(jié)流孔的流路15。因而，能夠用1個玻璃管20構(gòu)成從節(jié)流孔15至噴嘴開口 11的流路，能夠平滑地連接截面形狀不同的流路的內(nèi)表面整體。因此，能夠防止在從后方的節(jié)流孔15至頂端的噴嘴開口 11的流路內(nèi)出現(xiàn)連接不同的元件時易越于產(chǎn)生的微小的臺階、突起或凹部等。因而，沿整個流路能夠預先防止附著氣泡、液狀物質(zhì)9所包含的物質(zhì)等而導致液狀物質(zhì)9的流動堵塞、或者液狀物質(zhì)9堆積。因此，能夠提供易于噴出各種各樣的液狀物質(zhì)9的噴出頭10和具有該噴出頭10的噴出裝置1。另外，在該噴出頭10中，通過改變玻璃管20中的扁平部分23的長度，能夠容易地調(diào)整構(gòu)成空腔13的扁平部23的容量。因而，能夠形成相對于噴嘴開口 11具有充分大的容量的空腔13，而且，通過將空腔13設為扁平的空間，能夠在沿空腔13形成的壁23a的外表面2 上安裝(粘貼)相對于空腔13的內(nèi)部的最大寬度Wi和長度充分大的致動器6。因此，通過利用致動器6使薄壁23a伸縮或沿上下等位移，能夠較大地改變空腔13的容量，能夠使空腔13的內(nèi)壓較大地變化。因而，能夠提供易于從噴嘴開口 11噴出各種各樣的液狀物質(zhì)9的噴出頭10和噴出裝置1。而且，在該噴出頭10中，由于使用無縫的玻璃管20來噴出液狀物質(zhì)9，因此只要是能夠用玻璃容器進行操作的范圍內(nèi)的腐蝕性的液體或溶解性高的液狀物質(zhì)9，就能夠安全且穩(wěn)定地噴出。因此，能夠提供能夠噴出的液狀物質(zhì)9的范圍更廣范、以及能夠噴出各種各樣的實驗、檢查或其他工業(yè)用途所要求的各種各樣的液狀物質(zhì)9的噴出頭10及噴出裝置 1。另外，在該噴出頭10中，在玻璃管20的一部分上形成扁平部23并在內(nèi)部構(gòu)成空腔13，因此能夠利用平板狀的壓電致動器6改變空腔13的內(nèi)壓。因而，不用與圓筒狀的玻璃管20相吻合地使用圓筒狀的致動器，能夠利用更容易入手的作為同用品的平板狀的PIEZO 壓電元件等壓電致動器6就能夠驅(qū)動使用了玻璃管20的無縫的噴出頭10。即，葫蘆型的噴出頭例如與玻璃管吻合地需要特別的結(jié)構(gòu)或形狀的壓電致動器，與其相對地，在該噴出頭 10中，通過使玻璃管20的一部分成形為與通用的平板狀的致動器相吻合的形狀，就能夠使用低成本的壓電致動器6。因此，能夠提供一種低成本且能夠穩(wěn)定地噴出各種各樣的液狀物質(zhì)9的噴出裝置1。另外，本發(fā)明所包含的噴出頭及噴出裝置并不限于上述說明。圖9中示出了噴出頭10的不同例子。在使用上述玻璃管20的噴出頭10中，扁平部23成形為從兩側(cè)沖壓玻璃管20的形狀。如圖9所示，能夠成形為從一側(cè)沖壓玻璃管20后的形狀的扁平部23。用于獲得從噴嘴開口 11噴出液狀物質(zhì)9所需要的壓力變化的空腔13因施加在液狀物質(zhì)9上的壓力發(fā)生變化而成為最容易產(chǎn)生氣泡的位置，通過用玻璃管20來構(gòu)成包含空腔13在內(nèi)的前后的連絡通路12及14，能夠大幅度降低由氣泡引起的不良情況。因而，可以取代利用玻璃管20來構(gòu)成噴出頭整體而利用其他構(gòu)件來構(gòu)成噴嘴開口等，或者也可以取代將玻璃管20的頂端縮徑來形成噴嘴開口而將開口面積減小的構(gòu)件安裝在玻璃管20的頂端。而且，使玻璃管20的中途成形為扁平的形狀并對液狀物質(zhì)9加壓的結(jié)構(gòu)，并不限于噴出頭，也能夠使用輸送液狀物質(zhì)9的路徑中途的泵。而且，在上述說明中使用了玻璃管20，但是通過取代玻璃管20而使用樹脂管、陶瓷管及金屬管成形為相同的形態(tài)，能夠提供一種無縫的、能夠被平板狀的壓電致動器驅(qū)動的噴出頭10。另外，在上述說明中，示出了使用1個玻璃管20從1個噴嘴開口 11噴出液狀物質(zhì) 9的噴出頭10，但是噴嘴開口 11也可以為多個。而且，玻璃管20也并不限于1根，也可以是具有多個玻璃管的噴出頭及噴出裝置。
圖10中利用剖視圖示出了噴出頭10的另一不同例子。噴出頭10的空腔13成形為兩側(cè)的壁變窄的狀態(tài)，在與包括安裝有壓電元件6的平坦的外表面23b的第1壁23a相對的(相反側(cè)的)位置處，具有相反側(cè)的包括平坦的外表面23d的第2壁23c。在該噴出頭10中，在第2壁23c的外側(cè)的面23d上安裝有與安裝在第1壁23a上的PIEZO壓電原件 (第1PIEZ0壓電原件、第1致動器)6獨立地被驅(qū)動的第2PIEZ0壓電原件(第2致動器)7。 能夠從驅(qū)動裝置2向第1壓電元件6與第2壓電元件7分別供給定時、脈沖寬度、脈沖幅度等不同的驅(qū)動脈沖2pl及2p2。例如，通過供給定時不同的驅(qū)動脈沖2pl及2p2，能夠使空腔13以將利用驅(qū)動脈沖2pl和2p2變形(位移)的壓電元件6和7的位移合成的方式進行變形。也能夠利用壓電元件6使空腔13膨脹，或者通過不同的定時利用壓電元件7使空腔13壓縮，能夠在各種各樣的條件下使噴出頭10的內(nèi)部的壓力改變并使液狀物質(zhì)9噴出。例如，只要同時驅(qū)動2個壓電元件6及7就能夠噴出大的液滴。利用同樣的方法， 能夠噴出高粘度的液體。在噴出低粘度的液體時，當使用1個壓電元件利用抽注法進行噴出時，在利用壓電元件的壓力改變從彎液面引入液體之后，使壓電元件位移以推出彎液面。 之后，在內(nèi)部產(chǎn)生的壓力波在噴嘴內(nèi)反射，在噴出后到達彎液面，當其壓力波未充分衰減時，有可能再次使彎液面噴出。在這種情況下，使用一個壓電元件6或7進行抽注，能夠使另一個壓電元件7或6與該再次噴出的定時相配合地位移，抽入彎液面地使該彎頁面變形， 能夠防止再次噴出。而且，在利用因一個壓電元件6或7的位移而產(chǎn)生的壓力波來噴出液體時，只要以向噴嘴內(nèi)部引回液滴的方式使另一個壓電元件7或6位移，就能夠形成更小的液滴。圖11中利用剖視圖示出了噴出頭的另一不同例子。該噴出頭10的空腔13也成形為兩側(cè)的壁變狹窄的狀態(tài)，在與包括安裝有PIEZO壓電元件6的平坦的外表面23b的第 1壁23a相對的(相反側(cè)的)位置處，具有包括相反側(cè)的平坦的外表面23d的第2壁23c。 在該噴出頭10中，在第2壁23c的外側(cè)的面23d上安裝有與安裝在第1壁23a上的PIEZO 壓電原件(第1PIEZ0壓電原件)6獨立地被驅(qū)動的第2壓電原件7，且以沿Y方向不與第1 壓電元件6對峙的方式錯位地安裝該第2壓電原件7。能夠自驅(qū)動裝置2向第1壓電元件 6和第2壓電元件7分別供給定時、脈沖寬度、脈沖幅度等不同的驅(qū)動脈沖2pl及2p2。例如，通過供給定時不同的驅(qū)動脈沖2pl及2p2，或者改變壓電元件6及7在驅(qū)動脈沖2pl及2p2的作用下變形(位移)的時間，能夠制作將保持在噴出頭10的內(nèi)部的液狀物質(zhì)9作為介質(zhì)(媒介)而從空腔13向噴嘴開口 11傳輸?shù)男羞M波。因而，利用該行進波， 即使是包含在玻璃管20的內(nèi)部易于閉塞的細胞等生物試樣的液狀物質(zhì)9，也能夠使其向噴嘴開口 11移動。因此，在該噴出頭10中，能夠進一步防止細胞等附著而導致液狀物質(zhì)9的流動堵塞、或者液狀物質(zhì)9堆積。另外，第1PIEZ0壓電元件6與第2PIEZ0壓電元件7也可以錯開長度方向(Z方向)的位置地安裝在第1壁23a或第2壁23c的任意一者上。圖12中示出了噴出頭的另一不同例子。在該噴出頭10中，在玻璃管20的外表面上呈螺旋狀卷繞有電加熱器60，能夠?qū)ΣＡЧ?0的內(nèi)部的液狀物質(zhì)9加溫。例如，若液狀物質(zhì)9為高粘度，通過升高溫度就能夠降低粘度并易于噴出。另外，只要是該噴出頭10，就能夠噴出期望加熱為規(guī)定溫度或者加溫并分注的液狀物質(zhì)9。圖13中示出了噴出頭的另一不同例子。在該噴出頭10中，在玻璃管20的扁平部 23的第2壁23c的外表面23d上安裝有電加熱器61。由于第2壁23c的外表面23d是平坦的，因此能夠安裝面狀加熱器61，能夠廉價地對玻璃管20的內(nèi)部的液狀物質(zhì)9進行加熱。圖14中示出了噴出頭的另一不同例子。在該噴出頭10中，在玻璃管20的扁平部 23的第2壁23c的外表面23d上安裝有連接用的電極71。而且，在玻璃管20的外側(cè)，從扁平部23的連接用電極71朝向頂端21的開口 11設有電壓施加用的電極72。連接用電極71 與靜電驅(qū)動控制器(裝置)75相連接，能夠向噴嘴開口 11的附近施加靜電吸引用或靜電輔助用的脈沖狀的電位。通過在基板等靶材(未圖示)與液狀物質(zhì)9之間設置電位差，使用靜電力能夠從噴嘴開口 11噴出液狀物質(zhì)9。靜電驅(qū)動控制器75能夠與壓電驅(qū)動用的控制器2協(xié)同工作。例如，在利用壓電元件6使液狀物質(zhì)9的彎液面移動至噴嘴開口 11之后， 通過利用靜電驅(qū)動控制器75施加電位，利用靜電吸引方式能夠噴出液狀物質(zhì)9。圖15中示出了噴出頭的另一不同例子。在該噴出頭10中，通過使玻璃管20的壁厚變厚來形成噴嘴頂端21和縮徑部25，該縮徑部25形成狹小的流路15。因而，在該噴出頭10中，能夠在玻璃管20上減少頸部等易于集中應力的部分，能夠抑制破損。而且，后端 29內(nèi)側(cè)倒角為錐狀，成為連接供給管4時難以產(chǎn)生臺階的形狀。因而，包含供給管4的連接部分在內(nèi)，在該噴出頭10中，能夠抑制氣泡產(chǎn)生，能夠抑制液狀物質(zhì)9堆積。圖16中示出了噴出頭的另一不同例子。在該噴出頭10中，使連接噴嘴頂端21與扁平部23的第1圓筒部22向45度方向彎曲，從而使噴嘴開口 11從玻璃管20的中心軸線的方向朝向相差大致45度的方向。因而，能夠向與噴出頭10的中心軸不同的方向噴出液狀物質(zhì)9。圓筒部22只要在玻璃管20的強度、彎曲連絡通路12時的壓力損失等方面沒有問題，就能夠彎曲為任意角度，能夠使噴嘴開口 11朝向任意方向。圖17表示具有多個噴出頭10的頭部件(head block) 80的一個例子。該頭部件 80具有用于將多個噴出頭10的頂端21固定在規(guī)定的位置或布局的噴嘴管固定器具81。多個噴出頭10的各個圓筒部22彎曲為適當?shù)慕嵌?，多個噴嘴開口 11能夠集中配置在狹小的面積上。另一方面，由于各個噴出頭10的PIEZO壓電元件6分散布局，因此布線等容易，示出了利用使用了玻璃管20的噴出頭10能夠構(gòu)成多噴嘴型的噴出頭的情況。并不限定用板狀的固定器具固定多個噴嘴開口 11，也可以使用接合構(gòu)件接合玻璃管20的頂端部分21，或用粘結(jié)劑固定玻璃管20的頂端部分21。而且，在上述說明中，雖然沒有示出利用噴出頭10噴出液狀物質(zhì)9的對象物、例如顆粒、試驗管、試驗用的記錄紙、以及用于使噴出頭10或?qū)ο笪镆苿拥臋C構(gòu)，但是包含這些本領域技術人員所公知的機構(gòu)的噴出裝置也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種噴出頭，其中，該噴出頭具有管狀構(gòu)件，其包含管路的截面沿第1方向延伸的扁圓狀的扁平部，上述扁平部包含在外側(cè)用于安裝致動器的平坦的第1壁，該扁平部成形為內(nèi)部容積因上述第1壁的位移而改變的空腔；噴嘴開口，其設置在上述管狀構(gòu)件的一端，用于借助上述空腔的內(nèi)部容積的改變而噴出液狀物質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的噴出頭，其中，上述噴嘴開口是上述管狀構(gòu)件的上述一端縮徑而成形的。
3.根據(jù)權利要求1所述的噴出頭，其中，上述管狀構(gòu)件的相對于上述空腔位于與上述噴嘴開口相反一側(cè)的部分中的一部分縮徑。
4.根據(jù)權利要求1所述的噴出頭，其中，上述管狀構(gòu)件為玻璃管、樹脂管、陶瓷管或金屬管。
5.根據(jù)權利要求1所述的噴出頭，其中，該噴出頭還具有安裝在上述第1壁的外側(cè)的平板狀的第1致動器。
6.根據(jù)權利要求5所述的噴出頭，其中，上述管狀構(gòu)件包含與上述第1壁相對的平坦的第2壁，該噴出頭還具有安裝在上述第2壁的外側(cè)的平板狀的第2致動器，該第2致動器與上述第1致動器獨立地被驅(qū)動。
7.根據(jù)權利要求6所述的噴出頭，其中，上述管狀構(gòu)件包含與上述第1壁相對的平坦的第2壁， 該噴出頭還具有安裝在上述第2壁的外側(cè)的面狀的加熱器。
8.根據(jù)權利要求5所述的噴出頭，其中，該噴出頭還具有呈螺旋狀卷繞在上述管狀構(gòu)件的外表面的至少一部分上的加熱器。
9.根據(jù)權利要求5所述的噴出頭，其中，上述管狀構(gòu)件包含與上述第1壁相對的平坦的第2壁， 該噴出頭還具有連接用的電極，其安裝在上述第2壁的外側(cè)的；電壓施加用的電極，其與上述連接用的電極相連并延伸至上述噴嘴開口附近。
10.根據(jù)權利要求5所述的噴出頭，其中，上述管狀構(gòu)件的自上述空腔至上述噴嘴開口的第1管部彎曲。
11.一種頭部件，其中，該頭部件具有多個權利要求5所述的噴出頭。
12.根據(jù)權利要求11所述的頭部件，其中，包含在該頭部件中的多個噴出頭中的至少一個噴出頭的上述管狀構(gòu)件的自上述空腔至上述噴嘴開口的第1管部彎曲。
13.—種噴出裝置，其中，該噴出裝置具有 權利要求1所述的噴出頭；平板狀的第1致動器，其安裝在上述第1壁的外側(cè)；驅(qū)動裝置，其用于驅(qū)動上述第1致動器。
14.根據(jù)權利要求13所述的噴出裝置，其中， 上述管狀構(gòu)件包含與上述第1壁相對的平坦的第2壁，該噴出裝置還具有安裝在上述第2壁的外側(cè)的平板狀的第2致動器， 上述驅(qū)動裝置用于獨立地驅(qū)動上述第1致動器及上述第2致動器。
15.根據(jù)權利要求13所述的噴出裝置，其中，該噴出裝置還具有 電壓施加用的電極，其延伸至上述噴嘴開口附近；靜電驅(qū)動裝置，其用于對上述電壓施加用的電極施加電壓。
16.根據(jù)權利要求15所述的噴出裝置，其中， 上述管狀構(gòu)件包含與上述第1壁相對的平坦的第2壁，該噴出裝置還具有安裝在上述第2壁的外側(cè)的連接用的電極， 上述電壓施加用的電極與上述連接用的電極相連， 上述靜電驅(qū)動裝置用于對上述連接用的電極施加電壓。
17.根據(jù)權利要求13所述的噴出裝置，其中，該噴出裝置還具有 安裝部，其能夠安裝用于儲存液狀物質(zhì)的容器；供給路，其用于從安裝在上述安裝部上的上述容器向上述管狀構(gòu)件供給液狀物質(zhì)。
18.一種管狀構(gòu)件，其包含管路的截面沿第1方向延伸的扁圓狀的扁平部和在上述扁平部的外側(cè)安裝有致動器的平坦的第1壁，上述扁平部成形為內(nèi)部容積因上述第1壁的位移而改變的空腔，其中，在該管狀構(gòu)件的一端，設有用于利用上述空腔的內(nèi)部容積的改變而噴出液狀物質(zhì)的噴嘴開口。
19.根據(jù)權利要求18所述的管狀構(gòu)件，其中，管狀構(gòu)件的上述噴嘴開口是將該管狀構(gòu)件的上述一端縮徑而成形的。
20.根據(jù)權利要求18所述的管狀構(gòu)件，其中，管狀構(gòu)件的相對于上述空腔位于與上述噴嘴開口相反一側(cè)的部分中的一部分被縮徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴出頭(10)，該噴出頭(10)具有管狀構(gòu)件(20)，其包含管路的截面沿第1方向(100x)延伸的扁圓狀的扁平部(23)，扁平部(23)包含用于在外側(cè)安裝致動器(6)的平坦的第1壁(23a)，扁平部(23)成形為內(nèi)部容積根據(jù)第1壁(23a)的位移而改變的空腔(13)；噴嘴開口(11)，其設置在管狀構(gòu)件(20)的一端，其用于利用空腔(13)的內(nèi)部容積的改變而噴出液狀物質(zhì)(9)。
文檔編號B41J2/055GK102271921SQ2010800039
公開日2011年12月7日 申請日期2010年2月16日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者上野明, 山口修一 申請人:小滴噴射有限公司