(57)【要約】【課題】直径が１０μｍ以下の小さな液滴を安定的に吐出することができ、しかも単位時間当たりに吐出させる液滴の数を充分に確保することができる液体吐出方法および液体吐出装置を提供すること。【解決手段】ヒータ１を発熱させることにより、主滴Ｄ１と、複数の副滴Ｄ２に分離する液柱Ｃと、を吐出口４から吐出させる。主滴Ｄ１と吐出口４内の液体とのいずれからも分離した直後における液柱Ｃの長さＬ１と、液柱Ｃが複数の副滴Ｄ２に分離する直前の長さＬ２と、の関係を（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が供給され、かつ液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生部を備えた個別液室と、吐出口と、の間が前記吐出口よりも開口面積が小さい絞り部を通して連通される液体吐出ヘッドを用い、前記エネルギー発生部を駆動することにより、前記個別液室内の液体を前記絞り部を通して前記吐出口から吐出させる液体吐出方法において、
前記エネルギー発生部を駆動することにより、主滴と、複数の副滴に分離する液柱と、を前記吐出口から吐出させ、
前記主滴と前記吐出口内の液体とのいずれからも分離した直後における前記液柱の長さＬ１と、前記液柱が前記複数の副滴に分離する直前の長さＬ２と、の関係を（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９とすることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
前記長さＬ１と前記主滴の直径Ｄとの比（Ｌ１／Ｄ）を８以上とし、
前記吐出口内に液体が残存しているときに、当該吐出口内の液面から前記液柱を分離させることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項３】
前記主滴の直径を１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出方法。
【請求項４】
前記吐出口内の液体の液面から外方に突出した液柱にくびれができる前後の時点において、前記液柱の先端の速度を２０ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出方法。
【請求項５】
液体が供給され、かつ液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生部を備えた個別液室と、吐出口と、の間が前記吐出口よりも開口面積が小さい絞り部を通して連通される液体吐出ヘッドと、
前記エネルギー発生部を駆動することにより、前記個別液室内の液体を前記絞り部を通して前記吐出口から吐出させる駆動回路と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記駆動回路は、主滴と、複数の副滴に分離する液柱と、を前記吐出口から吐出させ、かつ前記主滴と前記吐出口内の液体とのいずれからも分離した直後における前記液柱の長さＬ１と、前記液柱が前記複数の副滴に分離する直前の長さＬ２と、の関係を（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９とするように、前記エネルギー発生部を駆動することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
前記駆動回路は、前記長さＬ１と前記主滴の直径Ｄとの比（Ｌ１／Ｄ）を８以上とし、かつ前記吐出口内に液体が残存しているときに当該吐出口内の液面から前記液柱を分離させるように、前記エネルギー発生部を駆動することを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記駆動回路は、前記主滴の直径を１０μｍ以下とするように、前記エネルギー発生部を駆動することを特徴とする請求項５または６に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記駆動回路は、前記吐出口内の液体の液面から外方に突出した液柱にくびれができる前後の時点において、前記液柱の先端の速度を２０ｍ／ｓ以上とするように、前記エネルギー発生部を駆動することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記エネルギー発生部は、電気熱変換素子を含むことを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記個別液室に液体を供給するための流路内に、液体の流動に対して抵抗力を与える流動抵抗部材を備えることを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を微小な液滴として吐出する液体吐出方法および液体吐出装置に関し、特に、医療分野において、液状薬剤を霧状として肺吸入させるために用いて好適な液体吐出方法および液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体を微小液滴として吐出する液体吐出装置は、インクジェット記録分野や医療分野（特に、薬剤吸入分野）における適用が鋭意検討され、種々の提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、個別液室と、インクを吐出する吐出口と、を細孔直径３μｍの絞り部により連結して、直径３μｍ（体積０．０１４ピコリットル）の液滴を吐出する液体吐出ヘッドが開示されている。
【０００４】
一般に、小さい液滴の吐出を実現するために、吐出口の寸法が小さくされる。しかし、その吐出口が直径１０μｍを下回るサイズになると、乾燥等によって吐出口内の液体の変化が急速に進み、正常な吐出動作を保証することが難しくなる。また、液体の吐出状態を正常に維持するための回復処理を頻繁に実施した場合には、コストの面、およびインクの無駄な排出を招く面からも難がある。このような理由から、インクジェット記録分野においては、吐出口を直径５μｍ以下とする製品化の検討はあまり行なわれていない。
【０００５】
特許文献１に開示されている技術は、直径３μｍ程度の小さい絞り部細孔の外側に、比較的大きな吐出口が設けられている。その吐出口に形成される液体のメニスカスの液面揺動は、直径３μｍ（体積０．０１４ピコリットル）の極小の液滴の飛翔方向に対して、大きな影響を与える。この理由からも、インクジェット記録分野においては、吐出口を直径３μｍ以下とする製品化の検討はあまり行なわれていない。しかし薬剤吸入分野においては、このような液滴の飛翔方向の変動はある程度許容される。
【０００６】
一方、吐出口（特許文献１の例では、絞り部細孔）を小さくすることによって、吐出する液滴の小液滴化を図る技術開発においては、液体の流抵抗の上昇によって、正常な吐出を保証することが難しくなる。そのため従来においては、絞り部細孔の微細化も直径３μｍ程度までであった。また絞り部が厚さが１μｍと薄い場合には、吐出時における液体の流動によって破断または破壊されるおそれもある。また、特許文献１に開示されているように、絞り部細孔の外側に比較的大きな吐出口を設けた場合には、吐出口内の液体を盛り上げるようにして外界へ吐出させなければならず、そのため正常な吐出を確保することが難しくなる。したがって従来においては、絞り部細孔を直径３μｍよりも小さくすることは難しかった。
【０００７】
また、特許文献２には、特許文献１と同様な吐出口と絞り部細孔を持つ液体吐出ヘッドが開示されている。特許文献２にも記載されているように、絞り部の細孔の直径が３μｍ程度とした場合には、液体のリフィル（再充填）の完了に要する時間が増大する。そのため従来においては、このような液体のリフィルの観点からも、絞り部細孔を直径３μｍよりも小さくすることは難しかった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１５４６６５号公報
【特許文献２】特開２００５−２３１０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
薬剤吸入分野においては、直径が１０μｍ（体積０．５ピコリットル）の小さな液滴を吐出することができると共に、乾燥による液体の吐出不良を招くことなく、単位時間当たりにおける液滴数が充分確保できる液体吐出装置の実現が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、直径が１０μｍ以下の小さな液滴を安定的に吐出することができ、しかも単位時間当たりに吐出させる液滴の数を充分に確保することができる液体吐出方法および液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体吐出方法は、液体が供給され、かつ液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生部を備えた個別液室と、吐出口と、の間が前記吐出口よりも開口面積が小さい絞り部を通して連通される液体吐出ヘッドを用い、前記エネルギー発生部を駆動することにより、前記個別液室内の液体を前記絞り部を通して前記吐出口から吐出させる液体吐出方法において、前記エネルギー発生部を駆動することにより、主滴と、複数の副滴に分離する液柱と、を前記吐出口から吐出させ、前記主滴と前記吐出口内の液体とのいずれからも分離した直後における前記液柱の長さＬ１と、前記液柱が前記複数の副滴に分離する直前の長さＬ２と、の関係を（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９とすることを特徴とする。
【００１２】
本発明の液体吐出装置は、液体が供給され、かつ液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生部を備えた個別液室と、吐出口と、の間が前記吐出口よりも開口面積が小さい絞り部を通して連通される液体吐出ヘッドと、前記エネルギー発生部を駆動することにより、前記個別液室内の液体を前記絞り部を通して前記吐出口から吐出させる駆動回路と、を備えた液体吐出装置であって、前記駆動回路は、主滴と、複数の副滴に分離する液柱と、を前記吐出口から吐出させ、かつ前記主滴と前記吐出口内の液体とのいずれからも分離した直後における前記液柱の長さＬ１と、前記液柱が前記複数の副滴に分離する直前の長さＬ２と、の関係を（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９とするように、前記エネルギー発生部を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、液体吐出ヘッドの吐出口から吐出される液柱の長さの変化が所定の条件を満たすように、液体吐出ヘッドから液体を吐出させることにより、液柱を多数の副滴に分離させて、単位時間当たりに吐出させる液滴の数を充分に確保することができる。例えば、直径３μｍ程度の小さな液滴を毎秒数十マイクロリットル程度ずつ安定的に吐出することができる。このような液滴の吐出は、医療分野において、液状薬剤を霧状として肺吸入させるために好適である。
【００１４】
また、インクを吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生部の１回の駆動によって、多数の副滴を形成することができるため、単位時間当たりに吐出させる液滴の数を充分に確保することができる。この結果、液体吐出ヘッドをエネルギー的に効率よく駆動させることができると共に、その長寿命化を図ることもできる。吐出口内にメニスカスを形成する液体の中に、吐出口と個別液室との間の絞り部が位置するため、その絞り部内の液体が乾燥によって目詰まりを起こすことがなく、液体の吐出開始時から液体を良好に吐出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図４は、本発明を適用可能な液体吐出装置の斜視図である。本例の液体吐出装置は医療用の吸入装置であり、液状薬剤（薬液）を霧状にして肺吸入させるために用いられる。装置本体１０１の電源スイッチ１０２をオン操作することにより、不図示の駆動回路により液体吐出ヘッドが駆動され、装置本体１０１内に格納されている薬液が液体吐出ヘッドから矢印Ａ方向に吐出される。そして、その吐出されて霧化された薬液がマウスピース１０３から患者の口などに吸入される。
【００１７】
図５は、液体吐出ヘッドの基本構成例を説明するための概略斜視図である。本例の吐出ヘッドは、液体を吐出させるためのエネルギーを発生するエネルギー発生部に、電気熱変換体（ヒータ）１が用いられている。すなわち、基板２上に形成されたヒータ１と、プレート５に形成された吐出口４と、が対向しており、ヒータ１を内包する個別液室６内に液体が供給される。そして、ヒータ１の発熱により個別液室６内で発泡し、その泡の膨張エネルギーを利用して吐出口４から液体を吐出させることができる。液体は、基板２に形成された液体供給口２Ａから、基板２とプレート５との間に形成された共通液室８に供給される。さらに、その共通液室８内の液体は、基板２とプレート５との間に形成された液流路４を通して、それぞれの個別液室６内に供給される。
【００１８】
エネルギー発生部には、ヒータ１の他、ピエゾ素子などを用いることもできる。個別液室６内に供給された液体を吐出口４から吐出することができればよい。また、吐出口４の形成数、形状、配備形態などは、吐出する液体の種類や使用目的に応じて変更することができ、何ら、図５の構成のみに限定されない。
【００１９】
図１および図２は、図５のような基本構成の液体吐出ヘッドを図４の医療用の吸入装置に適用した場合の説明図であり、図１は、液体吐出ヘッドの要部の拡大平面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００２０】
本例の液体吐出ヘッドにおいては、個別液室６と吐出口４との間に、吐出口４よりも開口面積が小さい絞り部としての細孔７が形成されており、この細孔７を通して、個別液室６と吐出口４とが連通されている。個別液室６の高さＨは５μｍ、プレート５の厚さＷ０は５μｍ、細孔７の直径ｄは２μｍ、ヒータ１は一辺が１５μｍの正方形とした。また、細孔７の部分におけるプレート５の厚みＷ１は、それが厚いほど薬液の流抵抗が増加することを考慮しつつ、強度確保と、薬液の流動の直進性を確保するために、２μｍとした。Ｍは、吐出口４に形成される薬液のメニスカスである。個別液室６と共通液室８との間の液流路３には、薬液の流動に対して抵抗力を付与する流動抵抗部材９が設けられている。本例の流動抵抗部材９は、個別液室６の幅Ｗａの半分を塞ぐ直径Ｗｂ（＝Ｗａ／２）の円柱形状である。
【００２１】
このような構成の液体吐出ヘッドを用いて薬液を吐出したところ、図３（ｄ）のように、直径Ｄが３μｍの主滴Ｄ１を先頭に、直径１〜２μｍ程度の４つのサテライト（副滴）Ｄ２が生成された。図３においては、吐出口４内における薬液の液面形状、および薬液流路内の気泡の形状は省略した。ヒータ１に印加する駆動パルスの電圧は、後述する比較例１の電圧１２．７Ｖの１．５倍（後述する比較例３と同じ）とし、その駆動パルスの幅（パルス幅）は１．２μｓとした。また、吐出させた薬液は、粘性が１ｃＰ、表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍである。
【００２２】
インクジェット記録分野においては、主滴の直径は１０μｍ（体積０．５ピコリットル）よりも大きい場合が一般的であり、またサテライトの直径が主滴の直径と同等となるケースは極めて稀である。そのため、インクジェット記録分野においては、本発明のように、サテライトの直径と主滴の直径との差を１〜２μｍの範囲に収めることに関しての検討はされていない。
【００２３】
１つの主滴Ｄ１と４つのサテライトＤ２を合わせた５つの液滴の全ては、薬剤吸入分野において治療に有効なサイズである。１回の駆動パルスの投入によって、このような５つもの液滴を効率よく生成することができた。後述する比較例１の場合に比して、液滴の直径は若干小さくなるものの、液滴の吐出数が２．５倍となり、薬液の吐出エネルギーの省エネルギー化が実現できた。薬剤吸入分野においては、直径３μｍ程度の小さな液滴によって毎秒数十マイクロリットル程度の薬剤を噴霧する必要がある。本例のように、ヒータ１を用いて液体を吐出する方式の液体吐出ヘッドにおいては、ヒータ１の発熱に起因する液体吐出ヘッドの昇温によって、液体の吐出状態が変動する傾向がある。しかし本例のように、薬液の吐出エネルギーの省エネルギー化が実現できることは、液体吐出ヘッドの昇温を抑えつつ、充分な薬剤の安定的に噴霧する上において、極めて有効である。
【００２４】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ駆動パルスを印加してから１．７μｓ、１．９μｓ、２．１μｓ、および２．３μｓ経過後における薬液の吐出状態の説明図である。
【００２５】
サテライトＤ２の生成過程を観察すると、まず、図３（ａ）のように、吐出口４における薬液の液面から外界に突き出た液柱が主滴Ｄ１と液柱Ｃとに分離した。この液柱Ｃの長さは、薬液の吐出動作毎に若干変動するものの、主滴Ｄ１の直径Ｄの８倍以上と長かった。図３（ａ）中における液柱Ｃの長さＬ１は、その液柱Ｃが吐出口４内における薬液の液面（液体の表面）と主滴Ｄ１のそれぞれから分離した直後の長さである。このように、吐出口４における薬液の液面と主滴Ｄ１のそれぞれから分離した液柱Ｃは、分離液柱ともいう。また、図３（ｃ）中における液柱Ｃの長さＬ２は、その液柱Ｃが表面張力によって複数のサテライトＤ２に分離する直前の長さである。これらの長さＬ１，Ｌ２は、下式の関係を満たしていた。  
（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９
このことは、図３（ａ）から図３（ｄ）の期間において、吐出口４に近い液柱Ｃの端部Ｃ１の速度Ｖ１と、液柱Ｃの他端Ｃ２の速度Ｖ２と、の間にほとんど差がないことを意味する。液柱Ｃの長さは吐出動作毎に若干変動するため、その長さは、小数点以下第２位で切り捨てて評価した。
【００２６】
本例の吐出ヘッドは、上述したように、直径２μｍの細孔７の外側に吐出口４を備えて、それらが薬液で満たされる構成において、流動抵抗部材９を設けた。これにより、細孔７を通過する薬液の高速流動によって形成される液柱に対して、吐出口４内の薬液が継続して供給され、この結果、液柱が短く切れることなく長く形成された。流動抵抗部材９は、個別液室６から後方の共通液室８に向かう薬液の流抵抗を増すことになり、この結果、ヒータ１の駆動時に、個別液室６内から吐出口４に向かう薬液の「高速」流動を形成して、薬液を効率よく吐出することができる。事実、詳細な液柱形成の観察にて、駆動パルスを印加した後、液柱が吐出口４から外方に突出して成長する過程において、液柱にくびれが発生（およそ０．４μｓ経過時点）するが、このくびれが発生する前後での液柱先端の平均速度が２０ｍ／ｓ以上と高速であった。
【００２７】
また、このような長細い液柱の形成過程中においては、後述する比較例のように、液柱の太さが長さ方向において異なるような非平衡状態を続けることはない。したがって液柱は、その長さ方向においてほぼ一様な太さを維持するような平衡状態に向かう。これは、後述する比較例に比して液柱が細くなることにより、表面張力によって液柱の太さを均一化する効果が相対的に大きくなったためであると考えられる。このような現象は、表面張力が同じ液滴の場合に、その液滴の径が大きくなると外乱によって形状変形しやすくなり、その径が小さくなると、変形し難くなって均一な径を保持しやすくなる現象と同じである。
【００２８】
図３（ａ）のように、吐出口４における薬液の液面から分離し、かつ主滴Ｄ１からも分離した分離液柱Ｃは、もはや外部からエネルギーが与えられない。そのため、その分離液柱Ｃは、両端部Ｃ１，Ｃ２が表面張力によって丸みを帯びるものの、それ以外の部分は、ほぼ一様な太さを維持する。このような分離液柱Ｃの平衡状態により、その分離液柱Ｃ内における薬液の流動が発生せず、両端部Ｃ１，Ｃ２の速度差もなくなり、分離液柱Ｃの長さもほとんど変わらない。後述する比較例１に比べて分離液柱Ｃが細長いため、それが表面張力によって短くなる前に、０．５μｓという短時間において複数のサテライトＤ２に分裂した。したがって、サテライトＤ２として分裂する液滴の大きさも確率的にほぼ同じものになる。大きさの揃った複数のサテライトＤ２（直径差で１〜２μｍ）が形成できたことは、このような理由であると考えられる。
【００２９】
また、吐出口４内の薬液の液面からも主滴Ｄ１からも分離する分離液柱の生成過程は、次の（１），（２）のいずれでもあってもよい。分離液柱は、吐出口４内に薬液が残存しているときに、その吐出口４内の薬液の液面から分離されることになる。
【００３０】
（１）吐出口４における薬液の液面から液柱が分離し、その後に、その液柱から主滴が分離することにより、分離液柱が生成される。
【００３１】
（２）吐出口４における薬液の液面から外に伸びた液柱の先端から主滴が分離し、その後、その液柱が吐出口４における薬液の液面から分離することにより、分離液柱が形成される。
【００３２】
このような分離液柱を円柱で近似し、その直径をｄ、長さをＬ１として、「分離液柱から、主滴Ｄ１と同じ直径ＤのサテライトＤ２が３個以上形成される」ときの長さＬ１について、検討してみた。  
π（ｄ／２）2×Ｌ１≧３×｛（４π／３）×（Ｄ／２）3｝  ・・・（１）
上式（１）において、左辺は、円柱で近似した分離液柱の体積であり、右辺は、３個のサテライトの体積である。上式（１）は、下式（２）に変形できる。  
Ｌ１≧２（Ｄ／ｄ）2×Ｄ                                ・・・（２）
上式（２）において、（Ｄ／ｄ）＝２の場合には、分離液柱の長さＬ１は主滴Ｄ１の直径Ｄの８倍以上となり、観察結果と近似的に一致する。つまり、図３（ａ）のように分離液柱Ｃが形成された直後の長さをＬ１、その直径をｄとしたときに、その長さＬ１と主滴Ｄ１の直径Ｄとの比（Ｌ１／Ｄ）を８以上とすることにより、観察結果と近似的に一致して３個以上のサテライトＤ２が形成される。
【００３３】
ただし、本実施形態１の場合には、サテライトＤ２のサイズが直径１〜２μｍ程度であって、主滴Ｄ１の直径３μｍよりも小さために、４つのサテライトＤ２が生成された。サテライトの個数を増やすためには、分離液柱の長さを長くするように駆動パルスの波形を調整したり、個別液室６の形状、ヒータ１の大きさ、流動抵抗部材９の寸法、形状、および位置などを適宜調整すればよい。
【００３４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態においては、ヒータ１に印加する駆動パルスの電圧を第１の実施形態のときの１．５倍とした。その他の条件は、第１の実施形態と同じである。
【００３５】
その結果、直径３μｍの主滴Ｄ１を先頭にして、直径１〜２μｍ程度の６つのサテライトＤ２が生成された。これら７つの液滴（Ｄ１，Ｄ２）の全ては、薬剤吸入分野において治療に有効なサイズである。後述する比較例１の場合に比して、液滴の直径は若干小さくなるものの、液滴の吐出数が３．５倍となった。
【００３６】
サテライトＤ２の生成過程を観察すると、まず、前述した実施形態と同様に、吐出口４における薬液の液面から外界に突き出た液柱が主滴Ｄ１と液柱Ｃとに分離した。この液柱Ｃの長さは、薬液の吐出動作毎に若干変動するものの、主滴Ｄ１の直径Ｄの１２倍以上と長かった。前述した実施形態と同様に、液柱Ｃが吐出口４における薬液の液面と主滴Ｄ１のそれぞれから分離した直後の長さをＬ１とし、液柱Ｃが表面張力によって複数のサテライトＤ２に分離する直前の長さをＬ２とした。これらの長さＬ１，Ｌ２は、第１の実施形態と同様に下式の関係を満たしていた。  
（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９
このことは、長さＬ１の測定時から長さＬ２の測定時までの期間において、吐出口４に近い液柱Ｃの端部Ｃ１の速度Ｖ１と、液柱Ｃの他端Ｃ２の速度Ｖ２と、の間にほとんど差がないことを意味する。液柱Ｃの長さは吐出動作毎に若干変動するため、その長さは、小数点以下第２位で切り捨てて評価した。
【００３７】
本実施形態においても第１の実施形態と同様に、流動抵抗部材９を設けたことにより、細孔７を通過する薬液の高速流動によって形成される液柱に対して、吐出口４内の薬液が継続して供給され、この結果、液柱が短く切れることなく長く形成された。また、このような長細い液柱の形成過程中においては、後述する比較例のように、液柱の太さが長さ方向において異なるような非平衡状態を続けることはない。したがって液柱は、その長さ方向においてほぼ一様な太さを維持するような平衡状態に向かう。これは、後述する比較例に比して液柱が細くなることにより、表面張力によって液柱の太さを均一化する効果が相対的に大きくなったためであると考えられる。このような現象は、表面張力が同じ液滴の場合に、その液滴の径が大きくなると外乱によって形状変形しやすくなり、その径が小さくなると、変形し難くなって均一な径を保持しやすくなる現象と同じである。
【００３８】
その後、吐出口４における薬液の液面から分離し、かつ主滴Ｄ１からも分離した分離液柱Ｃは、もはや外部からエネルギーが与えられない。そのため、その分離液柱Ｃは、両端部Ｃ１，Ｃ２が表面張力によって丸みを帯びるものの、それ以外の部分は、ほぼ一様な太さを維持する。このような分離液柱Ｃの平衡状態により、その分離液柱Ｃ内における薬液の流動が発生せず、両端部Ｃ１，Ｃ２の速度差もなくなり、分離液柱Ｃの長さもほとんど変わらない。後述する比較例１に比べて分離液柱Ｃが細長いため、それが表面張力によって短くなる前に複数のサテライトＤ２に分裂する。したがって、サテライトＤ２として分裂する液滴の大きさも確率的にほぼ同じものになる。大きさの揃った複数のサテライトＤ２（直径差で１〜２μｍ）が形成できたことは、このような理由であると考えられる。
【００３９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態においては、細孔７の直径を５μｍとして液体吐出ヘッドを作製した。ヒータ１に印加する駆動パルスの電圧は１３．５Ｖとした。その他の条件は、第１の実施形態と同じである。
【００４０】
その結果、直径７μｍの主滴Ｄ１を先頭にして、直径１〜４μｍ程度の４つのサテライトＤ２が生成された。これら５つの液滴（Ｄ１，Ｄ２）の全ては、薬剤吸入分野において治療に有効なサイズである。後述する比較例１の場合に比して、液滴の直径は若干大きくなるものの、液滴の吐出数が２．５倍となった。
【００４１】
サテライトＤ２の生成過程を観察すると、まず、前述した実施形態と同様に、吐出口４における薬液の液面から外界に突き出た液柱が主滴Ｄ１と液柱Ｃとに分離した。この液柱Ｃの長さは、薬液の吐出動作毎に若干変動するものの、主滴Ｄ１の直径Ｄの８倍以上と長かった。前述した実施形態と同様に、液柱Ｃが吐出口４における薬液の液面と主滴Ｄ１のそれぞれから分離した直後の長さをＬ１とし、液柱Ｃが表面張力によって複数のサテライトＤ２に分離する直前の長さをＬ２とした。これらの長さＬ１，Ｌ２は、第１の実施形態と同様に下式の関係を満たしていた。  
（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９
このことは、長さＬ１の測定時から長さＬ２の測定時までの期間において、吐出口４に近い液柱Ｃの端部Ｃ１の速度Ｖ１と、液柱Ｃの他端Ｃ２の速度Ｖ２と、の間にほとんど差がないことを意味する。液柱Ｃの長さは吐出動作毎に若干変動するため、その長さは、小数点以下第２位で切り捨てて評価した。
【００４２】
本実施形態においても第１の実施形態と同様に、流動抵抗部材９を設けたことにより、細孔７を通過する薬液の高速流動によって形成される液柱に対して、吐出口４内の薬液が継続して供給され、この結果、液柱が短く切れることなく長く形成された。
【００４３】
その後、吐出口４における薬液の液面から分離し、かつ主滴Ｄ１からも分離した分離液柱Ｃは、もはや外部からエネルギーが与えられない。そのため、その分離液柱Ｃは、両端部Ｃ１，Ｃ２が表面張力によって丸みを帯びるものの、それ以外の部分は、ほぼ一様な太さを維持する。このような分離液柱Ｃの平衡状態により、その分離液柱Ｃ内における薬液の流動が発生せず、両端部Ｃ１，Ｃ２の速度差もなくなり、分離液柱Ｃの長さもほとんど変わらない。後述する比較例１に比べて分離液柱Ｃが細長いため、それが表面張力によって短くなる前に複数のサテライトＤ２に分裂する。したがって、サテライトＤ２として分裂する液滴の大きさも確率的にほぼ同じものになる。大きさの揃った複数のサテライトＤ２が形成できたことは、このような理由であると考えられる。
【００４４】
（比較例１）
比較例１の液体吐出ヘッドには、前述した本発明の第１の実施形態における流動抵抗部材９がなく、また細孔７ａの直径は３μｍとした。図６は、この比較例１の液体吐出ヘッドの要部の平面図であり、図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。このように作成した液体吐出ヘッドの駆動パルスの電圧は、１２．７Ｖとした。その他の条件は、前述した本発明の第１の実施形態と同じである。
【００４５】
この比較例１の液体吐出ヘッドによって薬液を吐出したところ、図８（ｄ）のように、直径４μｍの主滴Ｄ１と、直径３μｍの１つのサテライト（副滴）が生成された。図８においては、前述した図３と同様に、吐出口４内における薬液の液面形状と、薬液流路内の泡の形状は、省略した。
【００４６】
サテライトＤ２の生成過程を観察すると、まず、図８（ａ），（ｂ）のように、吐出口４内の薬液の液面から外界に突き出た液柱が主滴と液柱に分離した。この分離液柱は吐出口４内の液体の液面からも主滴Ｄ１からも分離した直後の分離液柱Ｃは、主滴Ｄ１の直径の３倍程度と短かった。その後、分離液柱Ｃの両端は表面張力によって丸みを帯び始めた。そして、その分離液柱Ｃが短かかったために、０．６μｓ後には、その長さが表面張力により急速に短くなって１つの液滴（サテライト）となった。
【００４７】
この比較例１においては、サテライトの直径と主滴の直径との差が１μｍであって、それらの大きさがほぼ同じであった。また、サテライトの数は１つではあるものの、直径４μｍの主滴と直径３μｍのサテライトは、いずれも薬剤吸入分野において治療に有効なサイズである。
【００４８】
（比較例２）
比較例２においては、細孔７の直径を２μｍとした。その他の条件は、比較例１と同じである。
【００４９】
しかし、この比較例２においては、吐出口４内の薬液の液面は盛り上がるものの、吐出されなかった。細孔７の直径を２μｍと小さくしたために、薬液の流抵抗が大きくなったためと考えられる。
【００５０】
（比較例３）
比較例２の液体吐出ヘッドに対して、１２．７Ｖの１．５倍の駆動パルスを印加した。しかし、依然として薬液の吐出には至らなかった。細孔７の直径を２μｍと小さくしたために、薬液の流抵抗が大きくなったためと考えられる。
【００５１】
（比較例４）
比較例２の液体吐出ヘッドに対して、１．２μｓの２倍（＝（１．２×２（μｓ））の幅の駆動パルスを印加した。しかし、依然として薬液の吐出には至らなかった。細孔７の直径を２μｍと小さくしたために、薬液の流抵抗が大きくなったためと考えられる。
【００５２】
（比較例５）
比較例３の液体吐出ヘッドに対して、１．２μｓの２倍（＝（１．２×２（μｓ））の幅の駆動パルスを印加した。しかし、依然として薬液の吐出には至らなかった。細孔７の直径を２μｍと小さくしたために、薬液の流抵抗が大きくなったためと考えられる。
【００５３】
このような比較例１から５についての検討結果から、細孔７の直径を２μｍと小さくした場合には、薬液の流抵抗が大きいために、駆動パルスの電圧やパルス幅を大きくしても薬液の吐出には至らないことが分かった。細孔７における薬液の流抵抗が大きいために、個室液室６内に生成される気泡は、細孔７へ向かう薬液の流れを効率良く形成することができず、共通液室８側に大きく成長するだけとなる。
【００５４】
（他の実施形態）
上述した実施形態においては、液体を吐出するためのエネルギーを発生するとエネルギー発生部に、ヒータ（電気熱変換素子）を用いた。しかし、エネルギー発生部には、ヒータに限らず、ピエゾ素子などを用いることもできる。ピエゾ素子などを用いた液体の吐出方式においても、前述した実施形態と同様に、エネルギー発生部の１回の駆動（１回の駆動パルスの投入）によって、多数の液滴を効率よく生成することができる。
【００５５】
また、個別液室６に接続される細孔７は複数形成してもよい。これにより、１回の駆動パルスの入力によって生成できる液滴の数をさらに増加させることができる。
【００５６】
また、流動抵抗部材９の形状は、円柱形状に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、その流動性抵抗部材９の形成数は、前述した実施例のような１つのみに限定されず、複数形成してもよい。
【００５７】
また、薬剤吸入装置に適用する液体吐出ヘッドは、薬剤のディスペンサと連結してもよく、また吐出する薬液としては、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、または麻酔薬などを用いることができる。
【００５８】
また、本発明においては、個別液室内の液体を絞り部を通して吐出口から吐出可能な液体吐出ヘッドを有効に用いることができる。また本発明は、主滴と吐出口内の液体とのいずれからも分離した直後における液柱の長さＬ１と、液柱が複数の副滴に分離する直前の長さＬ２と、の関係を（Ｌ２／Ｌ１）≧０．９とするように、エネルギー発生部を駆動できればよい。また、長さＬ１と主滴の直径Ｄとの比（Ｌ１／Ｄ）を８以上とし、吐出口内に液体が残存しているときに、その吐出口内の液面から液柱を分離させることにより、より多くの液滴を形成することができる。また、吐出口内の液面から外方に突出した液柱にくびれができる前後の時点において、液柱の先端の速度を２０ｍ／ｓ以上とすることにより、より確実に多数の液滴を安定的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態において用いる液体吐出ヘッドの要部の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】（ａ）から（ｄ）は、図１の液体吐出ヘッドによる液滴の形成過程の説明図である。
【図４】本発明を適用可能な液体吐出装置の斜視図である。
【図５】液体吐出ヘッドの基本的な構成例を説明するための一部切欠きの斜視図である。
【図６】液体吐出ヘッドの比較例を説明するための要部の平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】（ａ）から（ｄ）は、図６の液体吐出ヘッドによる液滴の形成過程の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    電気熱発熱素子（エネルギー発生部）
２    基板
３    液流路
４    吐出口
５    吐出口プレート
６    個別液室
７    細孔（絞り部）
８    共通液室
９    流動抵抗部材
Ｍ    メニスカス
【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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