(57)【要約】【課題】大量の液滴を吐出させても、液滴合体やヘッド表面への液滴付着が少なくて、均一な分布を持つ液滴群を吐出できる液体吐出ヘッドを実現する。【解決手段】液体を吐出するための複数の液体吐出口列１１と、液体吐出口列１１と交互に配置されたガスを噴出するための複数のスリット状のガス噴出口１２又はガス噴出口列を有する。スリット状のガス噴出口１２又はガス噴出口列のうち、最も外側のスリット状のガス噴出口又はガス噴出口列から噴出されるガスの気流速度を最大とすることで、吐出された液滴群の合体等を防ぐ。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互に間隔をおいて配置された複数の液体吐出口列と、前記液体吐出口列と交互に配置された複数のスリット状のガス噴出口又はガス噴出口列とを有する液体吐出ヘッドであって、
前記複数のスリット状のガス噴出口又は前記複数のガス噴出口列のうち、最も外側に配置されたスリット状のガス噴出口又はガス噴出口列から噴出されるガスの気流速度が最も高速であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
最も外側に配置されたスリット状のガス噴出口又はガス噴出口列から、内側に配置されたスリット状のガス噴出口又はガス噴出口列に向かって、前記噴出されるガスの気流速度が漸次低速になることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記スリット状のガス噴出口又は前記ガス噴出口列からガスの噴出を開始した後に、前記液体吐出口から液滴の吐出を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
液体を吐出して利用者に吸入させる吸入装置であって、
利用者が吸気とともに吸入する液滴をマウスピースへ導く流路と、
前記流路に前記液滴を吐出するための請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、を有することを特徴とする吸入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬剤或いは嗜好品などの液体を吐出して利用者に吸入させる吸入装置などに用いられる液体吐出ヘッド及び吸入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドには、液滴を単に吐出するだけでなく、液滴の吐出方向の制御も要求される。この要求を達成するために、空気流を用いて液滴の方向を制御する方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インクを吐出する吐出口列の外側にインクの吐出方向と同一方向に空気を噴出する空気噴出口を設けることで、液滴の吐出直進性を高めるインクジェットヘッドが開示されている。また、特許文献２には、インクを吐出する吐出口に重ねるように空気噴出口を設け、液滴を空気と一緒に吐出させることにより液滴のテールを少なくすることで、記録品位を向上させたインクジェットヘッドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−２０４０４９号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸入装置などに用いられる液体吐出ヘッドは、インクジェット記録装置で用いられる液体吐出ヘッドと比較して吐出液滴数を増加させることが要求される。しかし、単に吐出液滴数を増加させた液体吐出ヘッドを用いると、液滴同士衝突して液滴が大きくなったり、ヘッド表面に大量に付着して吐出口が詰まってしまうという問題が発生する。
【０００６】
上記問題は、吐出液滴数を増加させることにより発生する液滴群内の負圧が原因である。この液滴群内の負圧の大きさは、液滴群中心付近で大きく、液滴群の外側で小さいため、図１３（ａ）に示すように、液滴群は中心付近に集まる方向に飛翔する。結果として、液滴同士が衝突し、大きな液滴となり、さらには液滴の軌道の乱れにより、吐出ヘッド表面に液滴が付着する。
【０００７】
本発明は、大量の液滴を吐出させても、液滴同士の衝突やヘッド表面への液滴付着が少なく、微小且つ均一な粒度分布を持つ液滴群を吐出できる液体吐出ヘッド及び吸入装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドは、互に間隔をおいて配置された複数の液体吐出口列と、前記液体吐出口列と交互に配置された複数のスリット状ガス噴出口又はガス噴出口列とを有する液体吐出ヘッドであって、前記複数のスリット状ガス噴出口又は前記複数のガス噴出口列のうち、最も外側に配置されたスリット状ガス噴出口又はガス噴出口列から噴出されるガスの気流速度が最も高速であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体吐出ヘッドの最も外側のガス噴出口又はガス噴出口列から噴出するガスの気流速度を最も高速にすることで、液滴群外側の負圧が大きくなる。その結果、液体吐出口から吐出された液滴は液滴群中心に集まることなく、液滴を分散させて吐出することができる。これにより、大量の液滴を吐出した場合でも、液滴同士の衝突や吐出ヘッド表面への液滴付着が少なく、微小且つ均一な粒度分布を持つ液滴群を吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを示し、（ａ）はその模式斜視図、（ｂ）は（ａ）の液体吐出部の一部分を拡大して示す模式拡大部分斜視図である。
【図２】図１に示す液体吐出ヘッドの液体吐出部の一部破断斜視図である。
【図３】実施例１による液体吐出ヘッドを示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は液体吐出部を説明するための部分斜視図、（ｃ）は（ｂ）を分解して示す分解斜視図である。
【図４】実施例１のガス供給路を示すブロック図である。
【図５】実施例１の一変形例を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は液体吐出部を説明するための部分斜視図、（ｃ）は（ｂ）を分解して示す分解斜視図である。
【図６】図５に示す一変形例のガス供給路を示すブロック図である。
【図７】実施例１の別の変形例を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は液体吐出部を説明するための部分斜視図、（ｃ）は（ｂ）を分解して示す分解斜視図である。
【図８】図７に示す別の変形例のガス供給路を示すブロック図である。
【図９】実施例２による液体吐出ヘッドを示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は液体吐出部を説明するための部分斜視図、（ｃ）は（ｂ）を分解して示す分解斜視図である。
【図１０】実施例２のガス供給路を示すブロック図である。
【図１１】実施例２の３つの変形例による液体吐出ヘッドを示す図である。
【図１２】実施例３による吸入装置を示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はアクセスカバーを開けた状態を示す立面図である。
【図１３】液体吐出ヘッドから吐出された液滴群の挙動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１（ａ）、（ｂ）に示す一実施形態による液体吐出ヘッドは、膜沸騰を液体に対して生じさせるための熱エネルギーを生成する発熱体に対して垂直な方向に液滴を吐出させるサイドシューター型である。
【００１２】
本実施形態による液体吐出ヘッドは、液体吐出部２と電気配線テープ７とチップホルダー５で構成され、液体タンク９に接続されている。
【００１３】
チップホルダー５は、例えば、樹脂成形により形成されている。チップホルダー５は液体タンク９から液体吐出部２の液体供給口１３へ液体を導くための接続口（不図示）を有し、液体タンク９を着脱自在に保持する機能も備えている。
【００１４】
発熱素子基板３は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板に、長孔状の貫通口からなる液体供給口１３及びガス供給口１４がＳｉの結晶方位を利用した異方性エッチンングやレーザー加工などの方法で形成されている。そして、液体供給口１３を挟んだ両側に発熱素子１７がそれぞれ１列づつ配置されている。発熱素子１７と、発熱素子１７に電力を供給するＡｕ等の不図示の電気配線が成膜技術により形成されている。さらに、電気配線に電力を供給するための電極部が発熱素子１７の列の両端側に配置されている。電気配線は、発熱素子基板３に対して液体を吐出するための電気信号を印加するものである。電気配線は、発熱素子基板３の電極部に対応する電極端子６と、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子８とを接続している。
【００１５】
発熱素子基板３には、発熱素子１７に対応した液体流路を形成するための液体流路壁１８及びガス流路を形成するためのガス流路壁２０が樹脂材料でフォトリソグラフィ技術により形成されている。
【００１６】
液体供給口１３を通して供給された液体は、発熱素子１７により発生された気泡により、発熱素子１７に対向して設けられている液体吐出口１０から吐出される。
【００１７】
ガスは、ポンプ等（不図示）により接続口１６からチップホルダー５内に供給され、ガス導入口１５から導入される。そしてガス流路を通り、スリット状のガス噴出口１２より噴出される。なお、スリット状のガス噴出口１２は、スリット状に限らず、互に間隔をおいて配列された複数のガス噴出口で構成されるガス噴出口列であってもよい。ガス噴出後列の場合は、必ずしも一直線に設けられていなくても良く、多少の千鳥状になっていても、全体として列を構成していれば構わない。
【００１８】
図２に示す液体吐出ヘッドでは、液体を吐出するためのエネルギー発生素子である発熱素子１７が発熱素子基板３に設けられている。１枚の発熱素子基板３に図２のような発熱素子１７、液体流路、液体吐出口１０、スリット状のガス噴出口（以下、「ガス噴出口」という）１２が複数並んでいる。なお、エネルギー発生素子はヒータのような発熱素子１７に限らず、ピエゾ素子のような振動エネルギー発生素子であってもよい。
【００１９】
液体流路は、液滴を吐出するための液体吐出口１０が開口した吐出口プレート４と、発熱素子基板３と、吐出口プレート４と発熱素子基板３の間の間隔を規定する液体流路壁１８により囲まれて構成されている。
【００２０】
ガス流路は、ガスを噴出させるガス噴出口１２が開口した吐出口プレート４と、発熱素子基板３と、吐出口プレート４と発熱素子基板３の間の間隔を規定するガス流路壁１９により構成されている。
【００２１】
本発明は、液体吐出ヘッドの液体吐出部に設けられたガス噴出口のうちで最も外側に設けられたガス噴出口から噴出するガスの気流速度が最大となるように構成される。
【実施例１】
【００２２】
図３は実施例１による液体吐出ヘッドを示すもので、液体吐出部２には、互に間隔をおいて配置された複数の液体吐出口１０で構成された液体吐出口列１１が平行に４つ配置され、液体吐出口列１１と交互になるようにガス噴出口１２が５つ配置されている。ガス噴出口１２は、液体吐出口列１１に平行に配置されており、液体吐出部２の外側から内側に向かってガス噴出口１２ａ、１２ｂ、１２ｃとなっている。また、ガス噴出口１２の長手方向の寸法は、ガス噴出口１２から噴出されるガスを液滴群全体に効果的に作用させるために、液体吐出口列１１の長手方向の寸法よりも大きくなっていることが好ましい。なお、液体吐出口列１１は、必ずしも一直線に設けられていなくても良く、多少の千鳥状になっていても、全体として列を構成していれば構わない。
【００２３】
ガス噴出口１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｂ、１２ａの長手方向の両端外側には、それぞれガス導入口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｂ、１５ａが配置される。図４に示すように、加圧ポンプ２１によって供給されたガスを、１０個のガス導入口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｂ、１５ａを通して、それぞれ５つのガス噴出口１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｂ、１２ａから噴出できるように構成されている。液体吐出部２の全てのガス導入口１５は、液体吐出部２の外部の共通ガス室２４に接続されており、１つの加圧ポンプを用いて同じ圧力でガスが供給される。また、加圧ポンプ２１とガス導入口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｂ、１５ａの間にはバルブ２２が設けてあり、ガス圧力の制御ができるように構成されている。
【００２４】
ガス導入口１５の面積は、液体吐出部２の最も外側のガス導入口１５ａで大きく、液体吐出部２の内側のガス導入口１５ｂ、１５ｃで小さくなっている。ガス噴出口１２の面積は、液体吐出部２内の位置にかかわらず各ガス噴出口１２ａ、１２ｂ、１２ｃで同じ大きさになっている。従って、加圧ポンプ２１を用いて全てのガス導入口１５を同一の圧力で加圧した場合、ガス流路の寸法差による圧力損失により、液体吐出部２の最も外側のガス噴出口１２ａから噴出するガスの気流速度が最も高速になる。そして、液体吐出部２の内側のガス噴出口１２ｂ、１２ｃの順に低速になる。このガスの気流速度の差によって、液体吐出部２の外側で負圧を大きくすることができる。また、液体吐出部２の内側になるほど負圧を小さくすることができる。
【００２５】
液体吐出口列から吐出した液滴は液滴群中心に集まることなく、図１３（ｂ）に示すように、液滴を分散して吐出することができる。そして液滴同士の衝突や吐出ヘッド表面への液滴付着が少なく、微小且つ均一な粒度分布を持つ液滴群を吐出することができる。
【００２６】
また、ガス噴出口からガスを噴出し始めるタイミングは、液体吐出口群から液滴を吐出させる前が好ましい。予めガスを噴出した状態で液滴を吐出することにより、吐出開始直後の液滴同士の衝突や吐出ヘッド表面への付着を抑制することができる。
【００２７】
本実施例では、液体吐出部２の最も外側のガス噴出口１２ａから内側のガス噴出口に向かって噴出するガスの気流速度を漸次低速にした。しかしこれに限らず、内側のガス噴出口１２ｂ、１２ｃから噴出するガスの気流速度の高低関係にかかわらず、最も外側のガス噴出口１２ａから噴出するガスの気流速度を最も高速にするだけでも、吐出された液滴の合体を低減させる効果を得ることができる。
【００２８】
また、本実施例では、ガス導入口１５の面積差によりガス噴出口から噴出するガスの気流速度を調整した。しかしこれに限らず、図５、図６に示すように、それぞれのガス導入口１５に独立した複数の加圧ポンプ２１およびバルブ２２を設け、それぞれのガス導入口１５に与える圧力に差を付けることにより、噴出するガスの気流速度を調整しても良い。また、図７、図８に示すように、ガス流路およびガス噴出口１２における圧力損失を利用して、噴出するガスの気流速度を調整してもよい。
【００２９】
さらには、図９、図１０に示すように、平行に並んだ液体吐出口列１１の両端側にガス噴出口群１２ｄを配置してもよい。これにより、同一の液体吐出口列１１から吐出された液滴の合体を低減させることができる。
【実施例２】
【００３０】
図１１（ａ）は実施例２による液体吐出ヘッドの液体吐出部２の液体吐出口列１１とガス噴出口列２３の配置を示す。液体吐出部２には、互に間隔をおいて配置された複数の液体吐出口１０で構成された液体吐出口列１１が平行に４つ配置され、それぞれの液体吐出口列１１の両側に複数のガス噴出口１２からなるガス噴出口列２３が配置されている。ガス噴出口列２３は、液体吐出口列１１に平行に配置されている。また、ガス噴出口列２３の長手方向の寸法は、ガス噴出口列２３から噴出される気流を液滴群全体に効果的に作用させるために、液体吐出口列１１の長手方向の寸法よりも大きくなっていることが好ましい。
【００３１】
上記液体吐出部２において、実施例１と同様に、ガス噴出口列２３から噴出するガスの気流速度を液体吐出部２の最も外側で最大とすることで、液体吐出部２の外側で負圧を大きくすることができる。また、液体吐出部２の内側になるほど負圧が小さくすることができる。
【００３２】
この構成により、液体吐出口群から吐出した液滴は液滴群中心に集まることなく、図１３（ｂ）に示すように、液滴を分散して吐出することができる。そして液滴合体や吐出ヘッド表面への液滴付着が少なく、微小且つ均一な粒度分布を持つ液滴群を吐出することができる。
【００３３】
また、ガス噴出口列２３を構成するガス噴出口１２は、図１１（ｂ）に示すように、液体吐出口１０程度に小さくても良い。さらには、このようにガス噴出口１２を小さくすることで、図１１（ｃ）に示すように、液体吐出口列１１にガス噴出口列２３を混在させることができる。これにより、同一の液体吐出口列１１から吐出された液滴同士の合体をより低減することができる。
【実施例３】
【００３４】
本実施例は、本発明の液体吐出ヘッドを利用した吸入装置に係るもので、液体吐出ヘッドを薬剤のタンクと連結した構成とし、吐出する液体としては、インスリン、人成長ホルモン、性腺刺激ホルモンなどの蛋白製剤、ニコチン、又は麻酔薬などが挙げられる。インスリン等の薬剤の吸入では、薬剤を液滴とした時の粒径が約３μｍ程度が血中への吸収効率が高く、好適であることが知られている。この好適な粒径から大きく外れた薬剤は血中への吸収効率が低く、無駄な薬剤となる。本発明の液体吐出ヘッドを利用することで、液滴同士の衝突が低減され、無駄な薬剤を減らすことができる。
【００３５】
図１２に示すように、本体ケース１０１とアクセスカバー１０２にて薬剤吸入装置の外郭を構成している。ロック解除ボタン１０４によってロックを解除することで、アクセスカバー１０２を開けることができる。アクセスカバー１０２の内部には、図１に示した液体吐出ヘッド１の装着部分があり、液体吐出ヘッド１の装着部分で、液体吐出ヘッド１は駆動制御部と電気的に接続することができる。
【００３６】
薬剤吸入装置では、液体吐出ヘッド１の液体タンク９にはインスリン等の薬剤が入っている。薬剤は液体吐出ヘッド１により液滴としてマウスピース１０３に繋がる流路内に吐出され、利用者はマウスピース１０３を通して液滴を吸入することができる。
【００３７】
本実施例の薬剤吸入装置の吸入時の動作フローを説明する。利用者は、マウスピース１０３を咥え、吸入を行いながら、吐出スイッチ１０５を押す。薬剤吸入器本体に内蔵された加圧ポンプ、もしくは利用者の吸気により、外気に通じるガス導入口１５から外気が液体吐出部２に導かれ、空気がガス噴出口１２からマウスピース１０３へ繋がる流路へ向かって噴出を開始する。液体吐出ヘッド１から空気が噴出時の詳細は実施例１及び実施例２で説明した通りであり、液体吐出部２の外側のガス噴出口１２又はガス噴出口列２３から噴出するガスの気流速度が大きい。空気の噴出が開始した直後に駆動回路部によって液体吐出ヘッド１から薬剤が液滴としてマウスピース１０３へ繋がる流路内に吐出される。利用者は、流路内に吐出された液滴をマウスピース１０３から吸入する。薬剤の必要量が吐出されると、駆動回路は停止し、利用者に吸入終了を知らせる合図を発信する。利用者は吸入終了の合図を確認し、吸入を終了する。なお、この吸入の動作フローはすべて１〜２秒程度である。
【００３８】
本実施例の薬剤吸入装置により、液滴合体や吐出ヘッド表面への液滴付着が少なく、微小且つ均一な粒度分布を持つ液滴群を吐出させることができ、利用者は薬剤の無駄が少ない吸入を行うことができる。
【００３９】
ガス噴出口１１から噴出されるガスは、液滴が気化せぬよう液滴が気化した際に生じる気体の含有量を制御されていることが好ましい。つまり液滴が水である場合には、ガスは湿度制御され、液滴の気化により液滴の粒径が小さくならないように構成されていることが好ましい。噴出するガスは、８０％以上の湿度を有することが好ましく、９０％以上の湿度を有することがより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本液体吐出ヘッドは、薬剤吸入用のヘッド以外にも液滴の霧を用いて流れ場の状態や化学物質の有無を可視化する可視化装置、さらには液滴の霧をスクリーンとして使用した画像投影装置として応用が見込まれている。
【符号の説明】
【００４１】
１    液体吐出ヘッド
２    液体吐出部
３    発熱素子基板
４    吐出口プレート
５    チップホルダー
１０    液体吐出口
１１    液体吐出口列
１２    ガス噴出口
１３    液体供給口
１４    ガス供給口
１５    ガス導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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