(57)【要約】【課題】記録目的ではない液体吐出ヘッドの電気熱変換素子基板において、発生する余剰の熱を効率良く、且つ、安価な装置構成で外部へ放出し、安定的に液体吐出ヘッドから液体を吐出させること。【解決手段】複数の発熱抵抗素子が配列された基板と、液体を吐出させるための吐出口とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出中に電気熱変換素子基板の温度上昇を抑制するために電気熱変換素子基板の下面のみではなく上面又は側面の１箇所又は複数箇所同時に放熱板を接触させた構造とする。又、前記放熱板において、電気熱変換素子基板を支持する筐体又は吐出ヘッドを支持する筐体等を電気熱変換素子基板に接触させ、筐体自身に放熱板の役割を担わせ、放熱専用の放熱板を省略した構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱抵抗素子が配列された基板と、液体を吐出させるための吐出口とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、
液体吐出中に電気熱変換素子基板の温度上昇を抑制するために電気熱変換素子基板の下面のみではなく上面又は側面の１箇所又は複数箇所同時に放熱板を接触させた構造を特徴とするバブルジェット方式の液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記放熱板において、電気熱変換素子基板を支持する筐体又は吐出ヘッドを支持する筐体等を電気熱変換素子基板に接触させ、筐体自身に放熱板の役割を担わせ、放熱専用の放熱板を省略した構造としたことを特徴とする請求項１記載のバブルジェット方式の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
電気熱変換素子基板の上面又は下面又は側面のうち１箇所又は複数箇所に接触させた放熱板に対し、更に、放熱機能を有する筐体を、それらの放熱板に接触させた構造を特徴とする請求項１記載のバブルジェット方式の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ヘッドが経肺投与システムに使われることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のバブルジェット方式の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、医療分野において液状薬剤を霧状として肺吸入させる際に使用される吸入装置等に好適に用いられる、電気熱変換素子としての発熱抵抗体により液体内に生ずるバブルの成長・収縮により吐出口より液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気熱変換素子としての発熱抵抗体により液体内に生ずるバブルの成長・収縮により吐出口より液体を吐出する液体吐出ヘッドは、インクジェット記録分野におけるインクジェットヘッドとして広く用いられている。
【０００３】
又、この液体吐出ヘッドは、医療分野において液状薬剤を霧状として肺吸入させる際に使用される吸入装置等に好適である。
【０００４】
電気熱変換素子を利用した液体吐出ヘッドは、その構成上、余剰の発熱が発生し易いため、様々な放熱対策が採られてきた。例として電気熱変換素子基板の下面に、ベースプレート又はチッププレートといった専用放熱板を接触させたもの、又、水冷装置を取り付けたもの、又、基板の温度上昇に伴い印加電圧を抑制する方式等もある。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１８８２４６号公報
【特許文献２】特開２００４−３０６５２９号公報
【特許文献３】特開平３−２９３１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気熱変換素子としての発熱抵抗体により液体内に生ずるバブルの成長・収縮により吐出口より液体を吐出する液体吐出ヘッドは、機構上、かなりの熱量を発生するため、適切な放熱、発熱制御が行われないと、吐出ヘッドに蓄熱し吐出ヘッドが必要以上に高温になる場合がある。
【０００７】
電気熱変換素子基板が高温になると、吐出しようとする液体が、液体の吐出口に到達する前に全て気化してしまい、吐出口から液体が正常に吐出できなくなる。適切な放熱がなされない場合、一例として図３の電気熱変換素子基板の４ブロックに対し電圧１２Ｖ、パルス幅０. ６μｓ、周波数２０ｋＨz を印加すると、約２秒後には、電気熱変換素子基板は１００℃以上になり、液体吐出ノズルに正常に液体が供給されなくなり、液体吐出ができなくなる。
【０００８】
更に、電気熱変換素子基板が高温になると、吐出ヘッドを構成する部材が、高熱により損傷を受け吐出ヘッドが使用不能に陥る場合があった。
【０００９】
従来の放熱手段である電気熱変換素子基板の下面のみに放熱板を接触させる方法では、電気熱変換素子基板の急激な温度上昇に対し対応できない場合がある。
【００１０】
又、図７のように放熱の役割も兼用させた筐体を直接、電気熱変換素子基板に接触させ、基板から液体を吐出させると、諸条件によっては筐体自身に液体が付着し、不都合が発生する恐れがあった。又、電気熱変換素子基板に専用の放熱板を接触させ当放熱板だけで、十分な放熱を行おうとすると、放熱板自身を大型化する必要があり、不経済である。又、水冷式、温度制御方式も、複雑な装置構成が必要となり、これも経済的に不利な面がある。
【００１１】
本発明の目的は、記録目的ではない液体吐出ヘッドの電気熱変換素子基板において、発生する余剰の熱を効率良く、且つ、安価な装置構成で外部へ放出し、安定的に液体吐出ヘッドから液体を吐出させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、複数の発熱抵抗素子が配列された基板と、液体を吐出させるための吐出口とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出中に電気熱変換素子基板の温度上昇を抑制するために電気熱変換素子基板の下面のみではなく上面又は側面の１箇所又は複数箇所同時に放熱板を接触させた構造を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安価に、且つ、効率良く放熱ができるため、従来と比較して長時間安定的に吐出できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１〜図３は、放熱対策を行う前の基本的な液体吐出ヘッドとしての電気熱変換素子基板を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素の説明を行う。
【００１６】
図１の液体吐出ヘッドＨ１００１は、電気信号に応じて膜沸騰を液体に対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて吐出を行う、バブルジェト方式のサイドシューター型とされる液体吐出ヘッドである。
【００１７】
次に、記録ヘッドＨ１００１に関して構成しているそれぞれの構成要素毎に順を追って説明する。
【００１８】
記録ヘッドＨ１００１は、図２の分解斜視図に示すように、電気熱変換素子基板Ｈ１１００と、電気配線テープＨ１００２とタンクホルダＨ１００３とから構成される。
【００１９】
先ず、タンクホルダＨ１００３について説明する。
【００２０】
タンクホルダＨ１００３は、例えば、樹脂成形により形成されている。タンクホルダＨ１００３は、液体タンク（不図示）から電気熱変換素子基板Ｈ１１００の液体供給口Ｈ１１０２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。
【００２１】
図３は電気熱変換素子基板Ｈ１１００の構成を説明するために一部分解した斜視図である。
【００２２】
電気熱変換素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板に液体流路として長溝状の貫通口から成る液体供給口Ｈ１１０２がＳｉの結晶方位を利用した異方性エッチンングやサンドブラスト等の方法で形成され、液体供給口Ｈ１１０２を挟んだ両側に電気熱変換素子Ｈ１１０３がそれぞれ１列ずつ配列され、電気熱変換素子Ｈ１１０３と、電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給する不図示の電気配線が成膜技術により形成されている。更に、電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４が電気熱変換素子Ｈ１１０３の両外側に配列されている。
【００２３】
そして、Ｓｉ基板Ｈ１１１０上には、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応した液体流路を形成するための液体流路壁Ｈ１１０６と吐出口Ｈ１１０７が樹脂材料でフォトリソグラフィ技術および微細加工技術により形成され、吐出口群Ｈ１１０８を形成している。
【００２４】
液体供給口Ｈ１１０２から供給された液体は、電気熱変換素子Ｈ１１０３により発生した気泡より、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して設けられている吐出口Ｈ１１０７から吐出される。
【００２５】
電気熱変換素子基板Ｈ１１００は、第１の接着剤によりタンクホルダＨ１００３に接着される。第１の接着剤は硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後比較的高い硬度を有し、且つ、耐液体性のあるものが望ましい。例えばシリコーンを主成分とした常温硬化型接着剤やＵＶ硬化型接着剤が使用される。
【００２６】
次に、電気配線テープＨ１００２に関して説明する。
【００２７】
電気配線テープＨ１００２は、電気熱変換素子基板Ｈ１００１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り、電気熱変換素子基板Ｈ１００１を組み込むための開口部と、電気熱変換素子基板Ｈ１００１の電極部Ｈ１１０４に対応する電極端子Ｈ１２０１と、この電気配線テープＨ１００２の端部に位置し、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Ｈ１２０２を有しており、電極端子Ｈ１２０１と電極端子Ｈ１２０２連続した銅箔の配線パターンで繋がっており、電気配線テープＨ１００２は、裏面を第２の接着剤によってタンクホルダＨ１００３に接着される。第２の接着剤としては、硬化温度が低く、短時間で硬化するものが望ましく、例えばホットメルト接着剤が使用される。
【００２８】
電気配線テープＨ１００２と電気熱変換素子基板Ｈ１００１は、それぞれ電気的に接続されており、接続方法は、例えば、φ５０μｍのＡｕワイヤーにより電気熱変換素子基板Ｈ１００１の電極部Ｈ１１０４と電気配線テープＨ１００２の電極端子Ｈ１２０１とが熱超音波圧着法により電気接合されても良く、同様に、φ５０μｍのＡｕワイヤーで熱超音波圧着法により電気接合されているものであっても良い。
【００２９】
電気配線テープＨ１００２の電極端子Ｈ１２０１と電気熱変換素子基板Ｈ１００１の電極部Ｈ１１０４とが電気接合されたワイヤーは、第３の接着剤で覆われる。第３の接着剤には、例えばシリコーンを主成分とした常温硬化型接着剤やＵＶ硬化型接着剤が使用される。このように、タンクホルダＨ１００３に電気熱変換素子基板Ｈ１１００と電気配線テープＨ１００２とを組み付けることにより液体吐出ヘッドが完成する。
【００３０】
本実施の形態として電気熱変換素子基板の上面のみ又は上下同時に放熱板を取り付けた場合を示す。
【００３１】
本形態の液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出用の電気熱変換素子基板に対し、上面に放熱板を取り付けた例を図４、上下面に放熱板を取り付けた例を図５に示す。放熱板はアルミ等放熱性を有するものであれば材質は特に限定はされない。放熱板の取り付け方法、接触方法についても発明の思想に沿うものであれば、他の任意のもの採用することができる。
【００３２】
放熱板を取り付けた図４及び図５の状態において、図３の電気熱変換素子基板の４ブロックに対し電圧１２Ｖ、パルス幅０. ６μｓ、周波数２０ｋＨz の条件で印加すると、電気熱変換素子基板の温度上昇率を低く抑えることができ、それぞれ液体吐出時間を対策前の２倍以上に延長することができる。
【００３３】
＜実施の形態２＞
実施の形態２として、コスト削減、工程等削減のため、電気熱変換素子基板を支持する筐体、又は液体吐出ヘッドを支持する筐体を電気熱変換素子基板に接触させ、これら筐体に放熱板の役割を兼用させ放熱専用の放熱板を省略した例を示す。電気熱変換素子基板を支持する筐体（タンクホルダー）に放熱板の役割を兼用させた例を図６、液体吐出ヘッドを支持する筐体に放熱板の役割を兼用させた例を図７に示す。
【００３４】
筐体はアルミ等放熱性を有するものであれば材質は特に限定はされない。電気熱変換素子基板に対する筐体の接触方法及び筐体を用いた放熱方法について発明の思想に沿うものであれば、任意のものを採用することができる。
【００３５】
図６に示した、放熱対策を行った状態において、電気熱変換素子基板の４ブロックに対し電圧１２Ｖ、パルス幅０. ６μｓ、周波数２０ｋＨz を印加すると、放熱対策を行わなかった吐出ヘッドと比較し、時間にして約２０倍の間、安定的に液体を吐出することができる。
【００３６】
図７に示した、放熱対策を行った状態において、電気熱変換素子基板の４ブロックに対し電圧１２Ｖ、パルス幅０. ６μｓ、周波数２０ｋＨz を印加すると、放熱対策を行わなかった吐出ヘッドと比較し、時間にして３０倍の間、安定的に液体を吐出することができる。
【００３７】
＜実施の形態３＞
本実施の形態では、筐体に吐出液体が付着せず、且つ、効率的な放熱を行うために、図８のように電気熱変換素子基板に専用の放熱板を接触させ、更に筐体に吐出液体が付着する恐れのない、基板からやや離れた場所に、放熱の役割も兼用させた筐体を、当専用放熱板に接触させることにより、筐体に液体が付着せず、且つ、効率的な放熱が行えるようにした。
【００３８】
電気熱変換素子基板に対する専用放熱板の接触方法及び当専用放熱板に対する筐体の接触方法及び放熱板と筐体の材質については発明の思想に沿うものであれば、任意のものを採用することができる。
【００３９】
図８のような放熱構造を有する吐出ヘッドにおいて、放熱専用の放熱板に２５μｍ厚のアルミ箔、放熱兼用の筐体材質にアルミニウムを用いた場合、電気熱変化素子基板の４ブロックに対し電圧１２Ｖ、パルス幅０. ６μｓ、周波数９ｋＨｚを印加すると、図９に示すように、放熱対策を行わない吐出ヘッドに対し、吐出開始後２０ｓ後において、１０℃以上の基板温度低下が観測され有効な放熱が行われていることが確認された。
【００４０】
本発明の液体吐出ヘッドは、医療分野における薬剤吸入用装置に好適に用いることができ、本発明の液体吐出ヘッドを薬剤吸入用のヘッドとして用いる場合は、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、
性腺刺激ホルモン等の蛋白製剤、ニコチン、又は麻酔薬等が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの外観斜視図である。
【図２】図５に示した液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図６に示した電気熱変換素子基板の一部破断がなされた斜視図である。
【図４】電気熱変換素子基板の上部に放熱板を接触させた構造の正面図である。
【図５】電気熱変換素子基板の上部と下部の両面同時に放熱板を接触させた構造の分解斜視図及び断面図である。
【図６】電気熱変換素子基板の支持筐体に放熱兼用筐体を用いた場合の斜視図である。
【図７】液体吐出ヘッドの支持筐体に放熱兼用筐体を用いた場合の斜視図及び断面図である。
【図８】電気熱変換素子基板と放熱用筐体の間を専用放熱板で連結させた構造の斜視図及び断面図である。
【図９】図８に示した放熱構造を有する液体吐出ヘッドの放熱効果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
Ｈ１００１    液体吐出ヘッド
Ｈ１００２    電気配線テープ
Ｈ１００３    タンクホルダ
Ｈ１１００    電気熱変換素子基板
Ｈ１１０２    液体供給口
Ｈ１１０３    電気熱変換素子
Ｈ１１０４    電極部
Ｈ１１０６    液体流路壁
Ｈ１１０７    吐出口
Ｈ１１０８    吐出口群
Ｈ１１１０    Ｓｉ基板
Ｈ１２０１    電極端子
Ｈ１２０２    外部信号入力端子
【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】
2006264153.tif 000009
【図８】
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【図９】
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