(57)【要約】【課題】吐出後に液滴同士衝突して液滴が大きくなったり、吐出ヘッドの表面に大量に付着し吐出口を塞いで吐出できなくなったりするのを防ぐ。【解決手段】複数の液体吐出口１０を有する液体吐出ヘッドであって、複数の液体吐出口１０と複数のガス噴出口１１とを有し、液体吐出口１０とガス噴出口１１とは交互に配置されている。各液体吐出口１０から吐出される液滴の吐出方向と同方向に各ガス噴出口１１からガスを噴出することで、液滴同士が衝突するのを抑止し、均一な粒度分布を保つことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者に吸入させる液体を吐出する複数の液体吐出口と、前記複数の液体吐出口から液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる手段と、を有する液体吐出ヘッドであって、
互いに隣接する液体吐出口の間に、前記液体吐出口から吐出される液滴の吐出方向と同方向にガスを噴出するためのガス噴出口が配置されていることを特徴とする吸入装置用の液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液体吐出口と前記ガス噴出口とが交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吸入装置用の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液体吐出口が、複数の液体吐出口細孔を介して液体流路と連通しており、
前記液体吐出口にメニスカスをはり、前記液体吐出口細孔が水没しうることを特徴とした請求項１または２に記載の吸入装置用の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ガス噴出口はヘッド表面の残留液の回収口を兼ねることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の吸入装置用の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
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４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滴を吐出して利用者に吸入させる吸入装置用の液体吐出ヘッド、およ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、単に液滴を吐出するだけでなく液滴の吐出方向の制御も要求されている。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、インクを吐出する複数の吐出口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、液滴の偏向を阻止して液滴吐出の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に用いられるインクジェット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、吐出液滴数を増加させた液体吐出ヘッドを吸入装置に用いると、次のような問題が発生する。
【０００６】
特許文献１に開示されたインクジェットヘッドのように、複数の液体吐出口の外側に空気噴出口を配置する構成では、液滴同士の衝突は防止することができない。その結果、液滴の粒度分布が悪化するおそれがある。また、特許文献２に開示されたインクジェットヘッドのように、液体吐出口と重なるように空気噴出口を設けると、液体吐出口と空気噴出口の間に残液が残って液体吐出口を塞ぎ、吐出できなくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、大量の液滴を吐出した場合でも、液滴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できる吸入装置用の液体吐出ヘッド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】
上記目的を達成するため、本発明の吸入装置用の液体吐出ヘッドは、利用者に吸入させる液体を吐出する複数の液体吐出口と、前記複数の液体吐出口から液体を吐出させるためのエネルギーを発生させる手段と、を有する液体吐出ヘッドであって、互いに隣接する液体吐出口の間に、前記液体吐出口から吐出される液滴の吐出方向と同方向にガスを噴出するためのガス噴出口が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の液体吐出口から吐出された液滴同士の衝突を抑止できる。その結果、吐出液滴数を増加させた際にも、微小な粒径で粒度分布が均一な液滴を吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による液体吐出ヘッドを示し、（ａ）は模式斜視図、（ｂ）は模式分解斜視図である。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの液体吐出部を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図３】図１に示した液体吐出ヘッドの吐出口プレートを示す斜視図である。
【図４】実施例１の吐出口の一部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図５】実施例１の液体吐出ヘッドを示す平面図である。
【図６】実施例２の液体吐出ヘッドを示す平面図である。
【図７】実施例２の一変形例を示す平面図である。
【図８】実施例３の吐出口の一部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図９】実施例３の液体吐出ヘッドを示す平面図である。
【図１０】実施例３の一変形例を示す平面図である。
【図１１】本発明の液体吐出ヘッドを用いた吸入装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の吸入装置用の液体吐出ヘッドは、液体吐出ヘッドを薬剤のディスペンサ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、または麻酔薬などが挙げられる。
【００１２】
図１〜３は、一実施形態による吸入装置用の液体吐出ヘッドを示す。この液体吐出ヘッドは、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、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り、液体吐出部１と、チップホルダ２と、電気配線テープ３とから構成されている。
【００１３】
チップホルダ２は、例えば、樹脂成形により形成され、液体タンク（不図示）から発熱素子基板１８の液体供給口１２へ液体を導くための接続口を有し、着脱自在の液体タンク（不図示）を保持する機能も一部備えている。
【００１４】
図２に示すように、発熱素子基板１８は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板に液体流路として長孔状の貫通口からなる液体供給口１２およびガス供給口１３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１２を挟んだ両側に発熱素子１４がそれぞれ１列づつ配列され、発熱素子１４と、発熱素子１４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。
【００１５】
さらに、電気配線（不図示）に電力を供給するための電極部１９が発熱素子１４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１８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１８の電極部１９に対応する電極端子と、本体装置からの電気信号を受け取るための外部接続端子４とを接続している。
【００１６】
液体供給口１２から供給された液体は、発熱素子１４により発生された気泡により、発熱素子１４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】
ガスは加圧ポンプ等（不図示）で加圧され、ガス導入口２０から液体吐出ヘッド内に導入される。そしてガス供給口１３を経て、互に隣接する液体吐出口１０の間に配置されたガス噴出口１１より噴出される。つまり、互に隣接する液体吐出口１０の間に、液体吐出口１０から吐出される液滴の吐出方向と同方向にガスを噴出するためのガス噴出口１１が配置されている。ここで、「同方向」とは、液滴の吐出方向と厳密な意味で平行な方向に限られず、概ね吐出方向と同じ方向であることを意味する。本実施形態においては、吐出プレート１５の面に対して、略垂直となる。
【００１８】
液体を吐出するためのエネルギーを発生する手段である発熱素子１４が、液体流路に対応してＳｉ基板に配置されている。図３では、発熱素子１４、液体流路およびガス流路は２つもしくは３つしか示していないが、実際には、１枚のＳｉ基板上に複数の液体供給口１２、ガス供給口１３、発熱素子１４が配置されている。
【００１９】
図３に示すように、発熱素子基板１８には、発熱素子１４に対応した液体流路を形成するための液体流路壁１６およびガス流路を形成するためのガス流路壁１７と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。液体流路およびガス流路は、それぞれ液体流路壁１６、ガス流路壁１７、発熱素子基板１８によりかこまれて構成され、液体流路には発熱素子１４が配置されている。尚、エネルギー発生素子はヒータのような発熱素子１４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。
【実施例１】
【００２０】
図４に示すように、実施例１による液体吐出ヘッドは、液体吐出口１０とガス噴出口１１が交互に配置されている。ガス噴出口１１から液滴の吐出方向と同方向にガスを噴出することにより、液滴同士が衝突することを抑止することができる。また、液体供給口１２とガス供給口１３は、液体吐出口１０およびガス噴出口１１を間に挟んで交互に配置されている。
【００２１】
さらに図５に示すように、液体供給口１２から延びている液体流路およびガス供給口１３から延びているガス流路の位置をオフセットさせてもよい。すなわち、ある吐出口列のある液体供給口１２と隣接した列の隣接した位置には、ガス供給口１１がある構成である。このように構成することにより、ガス供給口１３の両側に位置する液体吐出口１０から吐出された液滴同士の衝突を抑止することができる。また、ガス噴出口１１のうち、液体吐出部の最も外側のガス噴出口群から噴出されるガスの気流速度を最大とすることで、液滴同士の衝突を抑制することができる。
【００２２】
ガス噴出口１１は、液滴吐出終了前後にヘッド表面の残留液の回収口を兼ねてもよい。ガスの圧力源を負圧にすることによりヘッド表面に付着した残液を空気とともに回収し、残留液が液体吐出口１０を塞いでしまうのを防止することができる。
【実施例２】
【００２３】
実施例１では全ての液体吐出口１０およびガス噴出口１１が交互に配置されているが、実施例２では図６に示すように、互に隣接するガス噴出口１１の間に複数の液体吐出口１０を配置する。このように構成することにより、液滴数を多く確保し、且つ液滴同士の衝突にともなう粒度分布悪化を抑止することができる。
【００２４】
また、図７に示すように、液体供給口１２から延びている液体流路、およびガス供給口１３から延びているガス流路の位置をオフセットさせてもよい。このように構成することにより、ガス供給口１３の両側に位置する液体吐出口１０から吐出された液滴同士の衝突を抑制することができる。
【００２５】
隣接するガス噴出口１１の間に配置される複数の液体吐出口１０の個数は、液滴の許容される粒度分布により決定される。例えば、許容される粒度分布が３±２μｍであるとする。この場合、液体吐出口１０からは３μｍの液滴が安定して吐出されると仮定して、４つの液滴が結合したと仮定しても上記の粒度分布を満たすが、５個以上結合すると許容範囲を超える。つまり、次式を満たすように構成されていることが好ましい。
【００２６】
【数１】
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ここでｎは連続する液体吐出口１０の数、φ０は液体吐出口１０から吐出される液滴の粒径、φｍａｘは許容される粒径の上限値である。
【００２７】
また、液体吐出部１のガス噴出口１１のうち、液体吐出部１の最も外側のガス噴出口群から噴出されるガスの気流速度を最大とすることで、液滴同士の衝突を抑制することができる。
【００２８】
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。
【００２９】
ガス噴出口１１は、液滴吐出終了前後にヘッド表面の残留液の回収口を兼ねてもよい。ガスの圧力源を負圧にすることによりヘッド表面に付着した残液を空気とともに回収し、残留液が液体吐出口１０を塞いでしまうのを防止することができる。
【実施例３】
【００３０】
図８に示すように、実施例３は、液体吐出口１０を構成する凹部を液体流路に連通させる複数の液体吐出口細孔２１を設け、凹部にメニスカスをはり、液体吐出口細孔２１が水没し得る形態をとる。このように構成することにより、実施例１と比較してより多くの液滴を生成することができる。
【００３１】
本実施例による液体吐出ヘッドの具体的な寸法の例を挙げる。発熱素子１４は１０μｍ四方の正方形とし、液体吐出口１０の直径は１８μｍ、液体吐出口細孔２１の直径は３μｍである。液体吐出口細孔２１が貫通する部分の厚みは１μｍとした。さらに、吐出口プレート５の厚みは５μｍ、液体流路壁１６の高さは５μｍとした。
【００３２】
また、液体吐出ヘッドは、液体吐出口細孔２１の厚みと、液体流路壁の高さとの間に、液体吐出口細孔厚み≦液体流路壁高さ、となる関係を有している。本実施例の液体吐出ヘッドの場合、前述のように、吐出口プレート厚み＝５μｍ、液体流路壁高さ＝５μｍであり、吐出口プレートの厚み≦液体流路壁高さとなる関係を満足することがわかる。
【００３３】
図９に示すように、液体供給口１２とガス供給口１３は平行に配置され、さらに液体吐出口１０およびガス噴出口１１を間に挟んで交互に配置されている。
【００３４】
液体吐出口細孔２１の個数は、液滴の許容される粒度分布により決定される。例えば、許容される粒度分布が３±２μｍであるとする。この場合、液体吐出口１０からは３μｍの液滴が安定して吐出されると仮定して、４つの液滴が結合したと仮定しても上記の粒度分布を満たすが、５個以上結合すると許容範囲を超える。つまり、次式を満たすように構成されていることが好ましい。
【００３５】
【数２】
2010246669.tif 000004
ここでｎは２つのガス噴出口の間にある液体吐出口細孔２１の数、φｎは液体吐出細孔部２１の径、φｍａｘは許容される粒径の上限値である。
【００３６】
図１０に示すように、液体供給口１２から延びている液体流路およびガス供給口１３から延びているガス流路の位置をオフセットさせてもよい。このように構成することにより、ガス供給口１３の両側方に位置する吐出口から吐出された液滴同士の衝突を抑止することができる。また、ガス噴出口１１のうち、液体吐出部１の最も外側のガス噴出口から噴出されるガスの気流速度を最大とすることで、液滴同士の衝突を抑止することができる。
【００３７】
ガス噴出口１１は、液滴吐出終了前後にヘッド表面の残留液の回収口を兼ねてもよい。ガスの圧力源を負圧にすることによりヘッド表面に付着した残留液を空気とともに回収し、残留液が液体吐出口１０を塞いでしまうのを防止することができる。
【実施例４】
【００３８】
実施例４では本発明の液体吐出ヘッドを用いた吸入装置について示す。インスリン等の薬剤の吸入では、薬剤を液滴としたときの粒径が約３μｍ程度であれば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。
【００３９】
図１１に示すように、本体カバー７１とフロントカバー７２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６１によってロックを解除することで、アクセスカバー７２を開けることができ、本体カバー７１の内部には、図１の液体吐出ヘッドの装着部分があり、液体吐出ヘッドの装着部分で、液体吐出ヘッドは駆動制御部と電気的に接続することができる。
【００４０】
液体吐出ヘッドＥには液体タンク９が接続されており、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Ｅにより液滴としてマウスピース５に繋がる流路内に吐出され、利用者はマウスピース５を通して液滴を吸入することができる。
【００４１】
本実施例による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５を咥え、吸入を行いながら、吐出スイッチ６２を押す。薬剤吸入器本体に内蔵された加圧ポンプ８、もしくは利用者の吸気により、ガス噴出口１１に導かれる。ガス噴出口１１は、実施例１〜３で詳細を説明したように、互に隣接する液体吐出口の間に配置されている。ガス噴出口１１へ達した空気は、マウスピース５へ繋がる流路へ向かって噴出しはじめる。空気が噴出しはじめた直後に駆動回路部によって液体吐出ヘッドから薬剤が液滴としてマウスピース５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５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。
【００４２】
以上説明した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。
【符号の説明】
【００４３】
１    液体吐出部
１０    液体吐出口
１１    ガス噴出口
１２    液体供給口
１３    ガス供給口
１４    発熱素子
１５    吐出口プレート
１６    液体流路壁
１７    ガス流路壁
１８    発熱素子基板
１９    電極部
２１    液体吐出口細孔
【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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