JP5473532B2 - ノズル板、液体吐出ヘッド及び噴霧器 - Google Patents

Description

本発明は、ノズル板、液体吐出ヘッド及び噴霧器に関する。

プレート本体の前面から後面へ延びる複数のテーパのついた孔を有する振動自在孔板（ノズル板）において、プレート本体が約２０％のニッケルと約８０％のパラジウムとから構成されることが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００８−２８９９０３号公報

しかしながら、ニッケルの溶出に対する耐食性を確保しつつ、引張強さ等の機械的特性をより向上させるためには、上記した従来例に記載されているパラジウムとニッケルの混合比率について改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して、パラジウムとニッケルを含有する合金を用いて電鋳により製作されるノズル板において、パラジウムとニッケルの比率を適正化して、ニッケルの溶出に対する耐食性を確保しつつ、引張強さ等の機械的特性をより向上させることを目的とする。

請求項１の発明は、パラジウムとニッケルを含有する電鋳合金により構成され、厚さ方向に貫通した孔が設けられ、前記電鋳合金におけるパラジウムとニッケルの比率が９０：１０とされている。

請求項２の発明は、請求項１に記載のノズル板を用いた液体吐出ヘッドである。

請求項３の発明は、請求項１に記載のノズル板を用いた噴霧器である。

請求項１に記載のノズル板では、電鋳合金におけるパラジウムとニッケルとの比率を９０：１０としているので、引張強さが大きく、繰返し荷重に対する疲労強度が大きく、またニッケルが溶出しない。従って、ノズル板について、ニッケルの溶出に対する耐食性を確保しつつ、引張強さ等の機械的特性をより向上させることができる。

また、繰返し荷重に対する疲労強度を格段に大きくすることができる。

請求項２に記載の液体吐出ヘッドは、疲労強度や弾性といった機械的特性に優れたノズル板を用いて構成されているので、液体吐出性能が高く、長寿命である。

請求項３に記載の噴霧器は、疲労強度や弾性といった機械的特性、及び耐食性に優れたノズル板を用いて構成されているので、噴霧性能が高く、長寿命であり、かつ噴霧された液体中へのニッケルの溶出を防止することができる。

以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載のノズル板によれば、パラジウムとニッケルを含有する合金を用いて電鋳により製作されるノズル板において、パラジウムとニッケルの比率を適正化して、ニッケルの溶出に対する耐食性を確保しつつ、引張強さ等の機械的特性をより向上させることができる、という優れた効果が得られる。

また、繰返し荷重に対する疲労強度が従来よりも格段に大きくなる、という優れた効果が得られる。

請求項２に記載のノズル板によれば、液体吐出性能が高く、長寿命である、という優れた効果が得られる。

請求項３に記載のノズル板によれば、噴霧性能が高く、長寿命であり、かつ噴霧された液体中へのニッケルの溶出を防止することができる、という優れた効果が得られる。

ノズル板を示す斜視図である。 各種材料の応力−ひずみ線図である。 ノズル板を複数種類のインクに１４４時間浸漬する試験を行い、各インクへのニッケルの溶出量を測定した結果を示す線図である。 パラジウム−ニッケル合金における質量比と耐食性との関係を示す線図である。 パラジウム−ニッケル合金における質量比と、引張強さとの関係を示す線図である。 液体吐出ヘッドの構造を示す模式図である。 噴霧器の構造を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。図１において、本実施の形態に係るノズル板１０は、パラジウムとニッケルを含有する電鋳合金により構成され、厚さ方向に貫通した孔１２が設けられ、電鋳合金におけるパラジウムとニッケルとの比率が４５：５５〜９５：５とされている。

従来めっき液としてパラジウム−ニッケル合金浴が上市されているが、めっき液そのものは、被めっき材に密着性よくめっきすることを目的としており、電着時析出応力（電着応力）は問われない。しかしながら、電鋳浴は電着応力ゼロに近いものが必要で、現状のめっき浴を電鋳浴としてそのまま使用することはできない。そこで、電着応力ゼロとなる高純度のパラジウム−ニッケル電鋳浴を自ら開発し、安定して電鋳を行うことができるようにして、本実施形態に係るノズル板１０を実用化した。ノズル板１０を製作する際に、紫外線又はＸ線を用いたリソグラフィ工程と電鋳工程とを組み合わせることで、該ノズル板１０の厚さを例えば１０〜２００μｍとすることができ、孔１２の直径又は一辺の長さを例えば１〜８０μｍとすることができる。

一例として、パラジウムの割合が４５〜７５％、ニッケルの割合が２５〜５５％である。パラジウムの割合を４５％とした場合、ニッケルの割合は５５％であり、パラジウムの割合を７５％とした場合、ニッケルの割合は２５％である。電鋳合金におけるパラジウムの割合を４５〜７５％、ニッケルの割合を２５〜５５％とする場合、高価なパラジウムの割合が、比較的少なくなるので、材料コストを低減できる。

また他の例として、パラジウムの割合が８５〜９５％、ニッケルの割合が５〜１５％である。パラジウムの割合を８５％とした場合、ニッケルの割合は１５％であり、パラジウムの割合を９５％とした場合、ニッケルの割合は５％である。この場合、パラジウムの割合が従来より多くなるためコストは高くなるが、電着応力が若干低くなり歩留まりの向上につながる。パラジウムの割合が８７〜１００％にかけて水素吸蔵の効果があり、電着応力が高くなり歩留まりが悪くなる。なお、ここでの「％」は質量％である。

パラジウムとニッケルの割合をこのように規定したのは、図２，図３に示されるように、ノズル板１０の機械的特性や耐食性が非常に優れたものとなるからである。図２は、各種材料の引張試験の結果を示す応力−ひずみ線図である。この図によれば、ニッケル、ニッケル−コバルト合金に対して、パラジウム−ニッケルの電鋳合金は、より高い引張強さを有し、かつ弾性域が広いことがわかる。即ち、機械的特性に優れている。従って、ノズル板が振動時に受ける繰返し荷重に対する疲労強度がより大きくなることがわかる。パラジウム−ニッケルの電鋳合金同士の機械的特性を比較すると、その割合を８０：２０とするよりも、６０：４０又は９０：１０とした方が、良好な結果となっている。

図３は、供試材を各色（シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック）のインクに夫々１４４時間浸漬する試験を行い、各インクへのニッケルの溶出量を測定した結果を示す線図である。図中の各線に付された記号は、色の違いを表している。浸漬中の温度は６０℃と常温の２種類である。供試材として、ニッケルの電鋳金属で構成されたノズル板と、パラジウム−ニッケルの電鋳合金で構成されたノズル板とを用いている。この電鋳合金におけるパラジウムとニッケルの割合は、６０：４０又は９０：１０である。

図３によれば、ニッケルの電鋳金属で構成されたノズル板については、６０℃及び常温の何れの場合においても、ニッケルの溶出が見られ、腐食が生じていることがわかる。一方、パラジウム−ニッケルの電鋳合金で構成されたノズル板では、温度にかかわらず、ニッケルの溶出は測定限界以下となっており、腐食が生じていないことがわかる。即ち、本実施形態のように、電鋳合金におけるパラジウムとニッケルとの比率を適切に設定することで、ニッケルの溶出に対する耐食性を確保しつつ、引張強さ等の機械的特性をより向上させることができる。なお、電鋳合金におけるパラジウムとニッケルとの比率は、より好ましくは９０：１０又は６０：４０である。

図４は、パラジウム−ニッケル合金における質量比と、耐食性との関係を示す線図である。この図によれば、パラジウムとニッケルとの割合が６０：４０付近及び９０：１０付近では、８０：２０付近よりも耐食性が高いことがわかる。

機械的特性を示している図２によると、パラジウムとニッケルの割合が８０：２０の電鋳合金は、強度が６０：４０や９０：１０の場合よりも低下している。これは電着時の内部応力に起因するものと思われる。正確な理由については不明な点があるものの、この強度低下が耐食性にも影響を与えているものと思われる。

図５は、パラジウム−ニッケル合金における質量比と、引張強さとの関係を示す線図である。この図によれば、パラジウムとニッケルとの割合が９０：１０付近では、８０：２０付近よりも引張強さが大きいことがわかる。６０：４０付近の引張強さは、８０：２０付近よりも小さくなっているが、パラジウムの割合が４０％以上であれば実用的な引張強さが確保される。従って、パラジウムとニッケルの割合を、４０：６０〜９５：５としてもよい。

孔１２は、ノズル板１０の両面に開口しているが、その開口面積は、例えば一方の面１４側が他方の面１６側よりも大きくなっている。また孔１２の内壁の断面形状は、例えば円弧形となっている。図示の例では、孔１２の開口形状が円形となっているが、これに限られず、楕円形や多角形、また長孔形状であってもよい。

（液体吐出ヘッド）
図６において、液体吐出ヘッド２０は、ノズル板１０を用いて構成された例えばインクジェットヘッドであり、例えば、液体２２の流路２４を構成する流路部材２６と、該流路２４に末端部に設けられ圧力室２８とを有し、該圧力室２８にノズル板１０が取り付けられている。圧力室２８を挟んでノズル板１０の孔１２と対向する位置には、圧電素子３６を備えた振動板３２が配設されている。ノズル板１０は、例えば、孔１２の開口面積が比較的大きい一方の面１４が圧力室２８側に配置され、孔１２の開口面積が比較的小さい他方の面１６が吐出側に配置されている。

液体２２は、図示しないタンクから流路２４を通じて矢印Ａ方向に圧力室２８内へと供給される。圧電素子３６は、図示しない制御装置から電圧を印加されることで変位して、振動板３２を振動させる。これによって、圧力室２８内の圧力が高まることで、該圧力室２８内の液体２２が、ノズル板１０の孔１２から液滴３４となって吐出される。

ノズル板１０は、上記したように、パラジウムとニッケルの比率が８０：２０の場合と比較して、引張強さが大きく、吐出時に受ける繰返し荷重に対する疲労強度が大きい。また、図３，図４に示されるように、ノズル板１０から液体２２にニッケルが溶出することがなく、耐食性にも優れている。液体吐出ヘッド２０は、このような機械的特性及び耐食性に優れたノズル板１０を用いて構成されているので、液体吐出性能が高く、長寿命である。

（噴霧器）
図７において、噴霧器３０は、ノズル板１０を用いて構成されている。ノズル板１０は、本体３８の圧力室４０に被せるように設けられており、該ノズル板１０には、孔１２の形成領域を囲むように、例えば円環状の圧電素子４２が取り付けられている。本体３８には、噴霧される液体４４の流路４８を構成する流路部材４６が接続されており、該流路４８は圧力室４０と連通している。

液体４４は、図示しないタンクから流路４８を通じて矢印Ａ方向に圧力室４０内へと供給される。圧電素子４２は、図示しない制御装置から電圧を印加されることで変位して、ノズル板１０を振動させる。これによって、圧力室４０内の圧力が高まることで、該圧力室４０内の液体４４が、ノズル板１０の孔１２から、例えば霧状の微粒子５０となって噴霧される。

ノズル板１０は、上記したように、パラジウムとニッケルの比率が８０：２０の場合と比較して、引張強さが大きく、弾性域が広く、かつ振動時に受ける繰返し荷重に対する疲労強度が大きい。特にノズル板１０の電鋳合金におけるパラジウムの割合を４５〜７５％、ニッケルの割合を２５〜５５％とした場合、パラジウムとニッケルの割合を８０：２０とした従来例よりもニッケルの割合が大きいので、弾性変形し易く、振動のレスポンスに優れている。

噴霧時には、ノズル板１０は、振動のような機械的なストレスを受けながら液体４４と接触することとなり、ラジカル反応が生じ易い。即ち、通常の耐食環境ではない。しかしながら、本実施形態に係るノズル板１０によれば、このような環境でも液体２２にニッケルが溶出することがなく、耐食性に優れている。液体４４が、例えばアスコルビン酸のような金属を冒す還元剤を含むものや、次亜リン酸ソーダ溶液のような酸化性溶液等、ＰＨ１〜ＰＨ９までの酸・アルカリ水溶液であっても、ノズル板１０の耐食性を維持することができ、ニッケルの溶出はない。噴霧器３０は、このような機械的特性及び耐食性に優れたノズル板１０を用いて構成されているので、噴霧性能が高く、長寿命である。

この噴霧器３０は、例えば薬剤を経鼻・経口吸引するための吸入器（ネブライザ）に応用することができる。上記したように、噴霧された薬剤中へのノズル板１０からのニッケルの溶出がないため、該薬剤を吸引しても、ニッケルに起因する金属アレルギーを引き起こすことはなく、安全である。電鋳によりノズル板１０を製作することで、孔１２の直径を、例えば２．３±０．３μｍのように正確に形成することができる。従って、ノズル板１０の孔１２から噴霧される微粒子５０の径を正確に制御すると共に、大きさのばらつきが小さい単分散の微粒子５０を容易に得ることができる。一例として、微粒子５０の大きさのばらつきを、１０±２μｍのように極めて少なくすることができる。

なお、図６に示される液体吐出ヘッド２０、及び図７に示される噴霧器３０は、何れもノズル板１０の用途を模式的に示したものであり、図示の構造に限られるものではない。

１０ ノズル板
１２ 孔
２０ 液体吐出ヘッド
３０ 噴霧器

Claims (3)

1. パラジウムとニッケルを含有する電鋳合金により構成され、厚さ方向に貫通した孔が設けられ、前記電鋳合金におけるパラジウムとニッケルの比率が９０：１０とされたノズル板。
2. 請求項１に記載のノズル板を用いた液体吐出ヘッド。
3. 請求項１に記載のノズル板を用いた噴霧器。

Images