JP2002248171A - エアロゾルの液滴の熱生成 - Google Patents
エアロゾルの液滴の熱生成Info
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Abstract
な大きさの液滴を生成し、かつ熱効率の良好な液滴生成
装置及び方法を提供する。 【解決手段】室(32)内に充填された薬液を加熱器
(34)により瞬間的に加熱することにより、熱変換器
(34)表面の薬液が気化して気泡が発生する。この気
泡が膨張することにより、室(32)内の薬液がオリフ
ィス(24)を通り外部に押し出される。熱変換器面積
の平方根に対する室(32)の厚さが所定の値となるよ
うに形成された室(32)から放出される薬液は、複数
の粒径の小さな液滴となって分散する。
Description
同伴に適する大きさの液滴の生成に関する。
いていることにより、生体および化学物質(ペプチド、
プロテインおよび微分子等)を患者の血流に送達するこ
とを要する効果的かつ有望な全身的治療が多数提供され
つつある。所定の物質を経皮および経口等従来の送達手
段により血流に送り出すことに関連して様々な問題があ
る。たとえば、治療用プロテインの経口送達は、プロテ
インが血流に到達する機会を有する前に消化されてしま
うため機能しない。したがって、上記および他の理由に
より、かかる物質をできる限り直接的な経路で血流に送
達することが最良である。
い固体または液体粒子である。エアロゾルは、現在、所
定の薬品を患者の肺に送達するために使用される。薬品
または他の治療物質を患者の肺に送達することを肺送達
ということもある。
れ、肺胞と呼ばれる、大きな毛細血管網に囲まれた数億
もの小さな気嚢を含む。肺胞壁は薄い単一の細胞質層で
あり、肺胞から血流への液体の高速吸収を可能にする。
最も有効な肺送達は、物質が肺胞に送達されるときに実
現される。送達プロセスでは、エアロゾルとして気体中
で飛沫同伴され、患者が肺胞に吸い込むことができる極
めて微粒子、すなわち液滴を生成し、これを血流に伝達
することが必要となる。
に吸収することができ、これは33.5フェムトリット
ルの体積を表す。1フェムトリットルは、1リットルの
10の15乗分の一(10-15)である。液滴が大きい
ほど肺胞に到達する前に肺壁に接触しやすく、血流への
壁に浸透しにくくなる。これは、肺胞への気道が、厚く
繊毛状の粘液に覆われた細胞層で内張りされているから
である。
DI)として知られる。これらは、喘息の薬物の送達に
広く用いられている。MDI送達系は、肺組織に投薬す
るように設計される薬物に有効である一方、肺胞(すな
わち、血流)への物質の送達に最適ではない。これにつ
いて、MDIは、通常、加圧された容器において薬品を
促進剤と混合させる。装置の起動により、計量された量
のエアロゾルが放出されるが、液滴の粒度分布は大き
く、促進剤の蒸気圧は温度および使用回数によって変化
する。したがって、空気流中の物質の挙動およびどの程
度の液滴が肺胞に到達するかはいくぶん予測不可能とな
る。
について、粒度分布がほぼ均一の極めて小さい体積の液
滴を確実に生成可能な液滴生成器の必要があることが分
かる。
4,841号では、インクジェット印刷に使用される種
類から適合される液滴生成器を使用して極めて微粒の液
滴を生成する可能性が認められている。ここで、この当
該種のインクジェット印刷(多くの場合、サーマルイン
クジェット印刷と呼ぶ)は、インクを小さい室に導く。
各室は、たとえば、薄膜抵抗器等の熱変換器を含み、室
上にあるオリフィスを通してインク滴を噴出する気泡を
生成する。室およびオリフィスはプリントヘッド素子に
組み込まれ、このプリントヘッド素子はインク供給源に
接続されるとともに、液滴の噴出に同期して画像を媒体
上に再生するコントローラに接続されている。上記の参
考文献では、有効な肺送達に好適なフェムトリットルサ
イズの液滴を生成する熱効率のよい液滴生成器の詳細に
ついて提示していない。
されるような液滴生成器について、オリフィスサイズ
は、抵抗器(または他の適当な熱変換器)の起動ごとに
放出される液滴体積のサイズを調節する一つのファクタ
でしかない。オリフィスと関連するインク室の形状、な
らびにこの室における熱変換器のサイズおよびエネルギ
ー生成能力の方がかなり大きな役割を果たす。
ェムトリットルに等価な4ピコリットルと小さい液滴体
積を生成する液滴生成器を提供する。数十フェムトリッ
トルの範囲の飛沫同伴可能な液滴を生成するためには、
たとえば、液滴を肺胞に送達するエアロゾルにおいて、
現行の設計の単純なスケールダウンによりこのような小
さい液滴体積に到達することを妨げるいくつかの課題に
直面する。
範囲で単一液滴を噴出する際、従来のインクジェットプ
リントヘッド製造プロセスで製造および制御することが
困難な臨界寸法を有する極めて小さいインク室および抵
抗器が必要である。このような製造が行われたとして
も、このような小さい抵抗器は熱効率が低くなりやす
い。このような小さな抵抗器からの熱損失(すなわち、
気泡形成の過程においてインクに伝達されないエネルギ
ー)は、気泡形成の際にエネルギー(ターンオンエネル
ギー(TOE)と呼ばれる)を比較的増大させて克服し
なければならない。TOEを増大することにより熱変換
器においてより大きな応力が生じ、経時的に変換器の信
頼性が低下していく傾向がある。
を噴出することで、噴出された体積を多数の微粒の液滴
に分解する効果が得られるように構成された形状を有す
る熱式液滴生成器を目的とする。これにより、(熱変換
器の起動ごとに1つの微粒の液滴を生成するような大き
さのものと比べて)熱効率のよい液滴生成器を提供し、
全体として、上述の困難な製造公差を満たす必要性をな
くしている。
形態において、液体室の厚さと熱変換器の面積の関係は
上述の分解局面を提供するように制御される。
よく計量する際の制御が容易である。したがって、本発
明により想到される液滴の熱生成は、1つの動作(すな
わち、液体室の中身を放出するための熱変換器の制御さ
れた「発射(firing)」)において、放出された流体の量
を計量し、かつ適度に微粒の液滴を生成することを行う
ということが理解されるであろう。すなわち、室からの
液体の発射に、噴出された液体の体積を適度に微粒の液
滴に減じるためのその他の機構が伴う必要はない。
体の体積は、上述の体積分解局面を用いることで多数の
オリフィスを通して放出される。これは、熱変換器を起
動する都度、生成される液滴の数を倍増する(単一オリ
フィスの実施形態に対して)効果がある。
以下詳述する。本発明の他の利点および特徴については
本明細書の以下の部分および図面を検討することで明ら
かになろう。
って形成される液滴生成器の動作の計算流体力学シミュ
レーションからのグラフの再現図である。本図におい
て、液滴生成器20は断面図で描かれている。モデリン
グの目的で、固体オリフィス構造22は、円形オリフィ
ス24を内部に形成した略平面部材として構成される。
位置する固体基板部材26と連なり、その対向側面は液
通している。基板には2個の吸入口28が形成され、液
体が室32に流れ込む(矢30で示す)構成である。室
32は、液体が室からオリフィス24を通って噴出する
前に流体を保持する小さい貯蔵部である。
であり、液体が充填された室において気泡を生成し、こ
の気泡の膨張により液体を噴出する。計算の目的で、熱
変換器34は平坦部材(薄膜抵抗器等)と考えられ、起
動時に、約4nJ/m2のエネルギー密度を供給する。
考察中の液体は粘度が約3cpであり、沸点が100℃
である。
34により供給されるエネルギーの関係は、熱変換器3
4の起動ごとに2つ以上のフェムトリットルサイズの液
滴36を放出するように制御される。室32内の液体を
放出するため、変換器は気泡(図1において点線38で
図示される)を生成する。この気泡は、先端が室32か
ら突出するまで膨張する。上述の関係を履行するため、
室32から全液体を放出するのに必要十分な体積を有す
る気泡を発生させるような、室の厚さと熱変換器の面積
を選択する。さらに、室は比較的薄いため、さらに十分
に後述するように、室から噴出された液体は液滴36に
分解し、それぞれの液滴は室から噴出された液体の体積
の一部を構成する。図1に示すように、液滴の軌跡はほ
ぼ放射状に広がる。
の液滴36の形状で放出するために熱変換器34により
供給されるエネルギーとの関係に到達する1つの手法
は、室を変換器の面積に対して比較的薄くすることであ
る。
表し、寸法「R」は熱変換器の長さ寸法(より一般的に
いえば、またこの図示において方形状の変換器と仮定し
たとき、Rは熱変換器の面積の平方根である)を表す。
一実施形態において、変換器面積の平方根「R」に対す
る室の厚さ「T」の比からなる無次元パラメータは、約
0.75より小さく、より好ましくは0.50より小さ
く、最も好ましくは約0.35になるように選択され
る。かかる例において、体積が平均約33フェムトリッ
トル(直径約4μm)である液滴が生成され、上記のよ
うに、この液滴はエアロゾルにおいて容易に飛沫同伴さ
れるため肺送達にとって理想的である。
生成器を製造する1つの好ましい方法を説明する。
つの液滴生成器20をかなり拡大した断面図を示す。説
明の目的で液滴生成器を1つだけ図示するが、以下で明
らかになるように、本製造方法により、多数の液滴生成
器の製造が可能である。製造される液滴生成器の数は、
所与の用途に必要な液滴の量によって異なる。この要件
をフラックス、すなわち、液滴生成器から同時に噴出さ
れる液滴の数について考察することができる。フラック
ス要件が大きいほど、多くの液滴生成器が作製される。
42から構成される剛性基板40を備える。シリコンベ
ース42は、好ましくは、従来のシリコンウェハとシリ
コンウェハ上に積層された二酸化ケイ素などの絶縁層か
ら構成される。基板40は、インクジェット印刷に関す
る従来技術、たとえば、米国特許第4,719,477
号(参照により本明細書に援用する)に記載されたもの
と同様であってもよい。基板はタンタルアルミニウム等
の抵抗性材料の部分35の層を含み、この部分35が、
より十分に後述するように、液滴生成器を操作するコン
トローラ52と接続する可撓性回路60(図6参照)上
に設けられたトレースと、導電性層によって個々に接続
されている。
以下熱変換器または抵抗器と呼ばれ、纏めて基板40の
コントロール層44とも呼ばれるものの一部である。基
板40は、抵抗器保護パッシベーション層およびその
他、たとえば米国特許第4,719,477号に記載さ
れるサブレイヤを含むことが好ましい。パッシベーショ
ン層の要件は、室から噴出される液体が抵抗器を破損さ
せない場合に最小とすることができる。
多重化制御信号を使用することができるCMOS回路素
子を搭載可能であることは注目に値する。熱変換器35
との簡略化された接続(すなわち、多数のトレースを熱
変換器に直接接続する必要がない)に加え、CMOS回
路によりもたらされる複雑な制御ロジックにより、たと
えば緻密な計量要件がその回路にプログラムされ、液滴
生成器が製造されるための素子により担持されることが
可能である。たとえば、投与量を徐々に増やすことが必
要なエアロゾル治療の際に医療液の液滴を噴出しようと
する場合、以降素子を1回使用する毎に追加の液滴生成
器を発射する(フラックスを増やす)ように制御回路を
プログラム可能である。
44に固定され、各液滴生成器につきオリフィス25お
よびオリフィスに連なる下部の液体室33を画定するよ
うな形状である。抵抗器35は、電流のパルスにより選
択的に駆動(加熱)される。抵抗器からの熱は、室33
内の液体の一部を気化させるのに十分であり、これによ
りオリフィス25を通過する液体が、図1について上述
したように液滴36に分解される。
4を通って形成される吸入口54を通って室に流れ込ん
だ液体で再び充填される。好ましい実施形態において、
基板のコントロール層44の上面56には、吸入口54
を形成するようにパターンが形成されてエッチングが施
された後、オリフィス部材48が基板に取り付けられ、
また、後述のように基板40のベース42にチャネル5
8がエッチングされる。(便宜上表面56を「上部」と
呼ぶが、液滴生成器が図2に示す向きから反転した場
合、表面56はコントロール層44の残部の下で配向さ
れることが理解される。) 液滴生成器20の製造工程の詳細について、図3Aを参
照して、予め形成されている吸入口54を設けたコント
ロール層44を担持するように処理された後の基板ベー
ス42を示す。
ことになるフォトレジスト材料の層が基板の上面56に
塗布された後の基板40を図示する。好ましい一実施形
態において、オリフィス部材は低速架橋ポリマー(slow
-cross-linking polymer)であり、たとえばKarl Suss
KGにより製造されるような従来のスピンコーティングツ
ールにより低速架橋ポリマーが塗布される。好ましい一
実施形態において、フォトレジスト材料は、SU−8と
して業界において一般に知られる光重合可能なエポキシ
樹脂を含む。一例として、マサチューセッツ州ニュート
ンにあるMicroChem社からSU8−10の商品名で販売
されているものがある。しかしながら、オリフィス部材
は、UV放射等電磁放射に照射された後の現像液に不溶
性になる多数のフォトレジスト材料のいずれを含んでも
よいことが認められよう。
ンコーティング工程により、低速架橋ポリマーが吸入口
54を充填する際に平坦面を形成することができる。ス
ピンコーティング工程の一例は、70rpmに設定され
た、加速度100rpm/s、拡散時間20秒のスピン
コーティングツールによりレジストの層を基板ウェハに
拡散させる。そして100rpm/sの減速で回転を停
止して10秒間おく。そしてコーティングされた基板
を、加速度300rpm/sで30秒間1060rpm
で回転させ、レジストをウェハ全体に拡散させる。
ーティング、カーテンコーティング、押出しコーティン
グ、スプレーコーティング、ディップコーティングがあ
る。当業者であれば、ポリマー層を基板に塗布する他の
方法が存在することが理解されよう。低速架橋ポリマー
は、光ダイ(たとえばオレンジ#3、〜2重量%)を光
イメージ可能なポリイミドまたは光イメージ可能なエポ
キシ透明ポリマー材料に混ぜ合わせることによって作製
される。ダイを追加することによって、必要な電磁エネ
ルギーの量は、この材料を架橋するダイを混合しない材
料より大きい。
による部材48の架橋ポリマー材料の層の照射を示す
(矢62で示される)。例示の実施形態において、上記
工程は、カリフォルニア州サンホゼにあるSVG社によ
り製造されるMicralign走査投影アライナによ
り、60.3ミリジュールの照射設定で実行される。こ
の照射設定は、ポリマーを照射不足にして所望の深さに
架橋するのにちょうど十分である。本実施形態におい
て、照射不足である所望の深さは二重ハッチングで図示
され、たとえば約2μmとすることができる。
示せず)を通してオリフィス部材材料に塗布される。こ
のマスクは、たとえば酸化鉄(II)等の半透明な誘電体層
を有する石英基板を含む従来の素子である。マスクには
クロム等の不透明物質がパターニングされ、(照射しな
いままとすることによって)オリフィス25の形状を画
定する。オリフィス25の形状は円形であることが好ま
しい。
る照射を示し、この低速架橋ポリマー材料が、ポリマー
48の層の厚み全体を照射して架橋するのに十分な比較
的高供与量のエネルギーによりオリフィス部材層48を
構成している。このエネルギーの印加は、液体室33の
基板40の上面56に隣接する部分が照射されないよう
にマスクされる。図3Dに示すように、室のこの部分は
熱変換器35に隣接し、吸入口54と上面56の接合面
にかかるように延在している。
むオリフィス部材48の非照射部分、すなわち非架橋部
分が除去される現像工程を示す。例示の工程は、N―メ
チル―2―ピロリジノン(NMP)において1krpm
で70秒間現像した後、イソプロピルアルコール(IP
A)とNMPを1krpmで8秒間混合し、次にIPA
により1krpmで10秒間洗浄し、最後に2krpm
で60秒間回転させる。かかる現像ツールは、カリフォ
ルニア州サンホゼにあるSolitec Wafer Processing社か
ら市販されている。
面66が水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)
等のシリコンエッチングでエッチングされチャネル58
を形成した後の完成液滴生成器を示す。チャネル58
は、液体吸入口54と液通している。これにより、チャ
ネル58内の液体は吸入口54を通って流れ、室33か
ら液体が1回噴出されるごとに室を再び充填することが
可能である。
び室33の厚さは所望のT/R比を確立するように設計
される。上記の寸法「T」は室33の厚さを表し、コン
トロール層の上面56(上面56は室33における液体
と固体の界面を表す)からオリフィス部材48の外表面
49(図2)まで測定される。寸法「R」は図2にも示
され、上記のように定義される。好ましい一実施形態に
おいて、T/R比は約0.75より小さくなるように選
択され、最も好ましくは約0.35となるように選択さ
れる。したがって、面積が144μm2の方形状の熱変
換器であれば(すなわち、「R」値が12μm)、最も
好ましい室の高さ「T」は約0.35×12、すなわち
約4μmである。
ラメータであったとしても、T/R比は、本発明の根底
を成す室のサイズと抵抗エネルギーとの関係に到達する
唯一の方法ではないことである。たとえば、熱変換器の
面積は、抵抗器(熱変換器)のエネルギー密度と相関
し、室/抵抗器の関係は、たとえば、室から液体を噴出
して液体を所望の容量範囲(数十フェムトリットル以
下)の液滴に分解するのに必要な室の高さと変換器エネ
ルギー密度の値で表現できることが理解されよう。ま
た、0.75より大きい(最大約1.0)のT/R比で
製造された液滴生成器であってもここで問題のフェムト
リットルサイズの液滴を提供できることが想到される。
もチャネル58に供給可能である。たとえば、基板の下
面66を液体の貯蔵器を担持する装置の本体68(図6
参照)の外表面に取り付けてもよい。本体表面は、いく
つかの導管70(その1つを図2に示す)により構成さ
れ、各導管70はチャネル58と整列され、貯蔵器から
チャネルに液体を導く。上記のように、基板は多数の液
滴生成器20を担持することが可能であり、そのいくつ
かを基板において線形チャネル58と流体結合させるこ
とが可能であり、かかるチャネルのいくつかを基板が担
持することができる。装置全体(多数の液滴生成器を有
する基板)は、液滴生成器ヘッド72(図6)と考える
ことができる。
の好ましい実施形態にしたがって製造される液滴生成器
を示す断面図である。この液滴生成器120は、上記の
基板140と熱変換器135とを含む。しかしながら、
本実施形態において、室133は2個以上のオリフィス
125と液通している。たとえば、室を中心としてその
周りに配列された4個のオリフィス125を使用するこ
とが可能である(図4では上記のオリフィスが2個だけ
現れている)。この実施形態において、熱変換器135
は単一部材であるため、上記の実施形態の場合と同様に
各室に1つの熱変換器がある。単一変換器135が起動
され、生成された気泡により室の中身が2個以上のオリ
フィスを通って押し出され、液体を多数の液滴に分解す
る。ここで使用される「単一」という用語は、熱変換器
135が単体部材として機能することを意味するものと
する。たとえば、熱効率を高めるために熱変換器135
の抵抗要素が分割され、あるいは他の方法で分化される
ことが考えられる。
形態が低いT/R比で構成される限り、液滴が個々のオ
リフィス125から出るときに液滴の分解がさらに生じ
るであろう。したがって、この多数オリフィスの実施形
態は、熱変換器が起動する都度、生成された液滴フラッ
クスを(単一オリフィスの実施形態に対して)倍増させ
る効果がある。
の別の可能な構成の断面図を図5に示す。この実施形態
において、基板240には多数対の熱変換器235が、
基板240のベース242にエッチングされたチャネル
258の対向側面にくるように配置されている。まずコ
ントロール層244が塗布され、変換器235を構成す
る抵抗材料の層が、チャネル258の対向端縁上で対向
する変換器対を形成するようにパターニングされる。変
換器235に対する導電性トレースは、対向する変換器
の間隙にかからないように配列される。
35の間にスロットを形成するようエッチングされ、フ
ォトイメージング可能なオリフィス部材248の塗布に
より変換器を覆い、スロットを充填する。次にオリフィ
ス部材248は、上記のように照射され、現像されて室
233およびオリフィス225を形成する。図5に示す
ように、オリフィス部材248と変換器235の間の間
隙により流体吸入口254が形成される。
部材材料が塗布される前に基板ベース242の上面を覆
うように、プラズマを施した酸化テトラエトキシシラン
(TEOS)等の保護層を塗布する。この保護層は図5
において点線80で図示され、2個の変換器235の間
のスロットを、図示のようにコントロール層244にわ
ずかに重なって覆うような形状である。オリフィス部材
材料248は保護層の表面に塗布され、前述のような形
状である。
エッチングしながら適所に設けられる。この長い、ベー
ス242を通る「バルク(bulk)」TMAHエッチングと
いう用語は多少不均一の結果を残すおそれがある。これ
について、チャネル壁の図示の延長部82は、チャネル
258の最初のエッチング後のこれらの壁を表す。最初
のエッチング1回だけである場合、対向する吸入口25
4はサイズが一致しないことは明らかである。具体的に
は、ベース242とオリフィス部材248の間のギャッ
プが一致せず、チャネル258から室233への液体の
流量が異なってしまう。
BOE(buffered oxide etchant:緩衝酸化物エッチャ
ント)を介して保護層80を除去した後、(チャネル2
58を完成するため)ベース242について二回目のT
MAHエッチングを行う。これにより、二回目のTMA
Hエッチングがベース242とオリフィス部材248の
間のギャップを等化するまで基板ベース242のシリコ
ン表面が照射され、吸入口254を通って室233に流
れる液体が液滴生成器全体にわたってほぼ均一になる。
上述のように、各液滴生成器220は、上述した所望の
T/R比を有するように構成される。
他の液滴生成器の構成により実行されてもよいことが想
到される。たとえば、レーザ除去されたオリフィス部材
により作製される、米国特許第5,305,015号
(参照により本明細書に援用する)に記載されるような
液滴生成器は、上述した室の厚さと変換器のサイズ(エ
ネルギー)の関係を維持する場合に好適である。
(参照により本明細書に援用する)の記載に基づき構成
される液滴生成器でも十分である。これらの液滴生成器
は、室の一部を形成し、かつ基板の上位層と薄膜の金属
製オリフィス板の間にあるポリマー製障壁層を含む。あ
るいは、米国特許第5,305,015号(参照により
本明細書に援用する)に記載されるように、オリフィス
板をレーザ除去されたポリマー材料で形成し、オリフィ
スを形成するようにしてもよい。このような構成におい
て、オリフィス板および/または障壁層は、所望のT/
R関係が存在するように非常に薄膜に作製される(これ
ら2個の要素は上述のオリフィス部材と同等と考えられ
る)。
大きい厚さ寸法「T」の場合、対応して大きな変換器面
積を使用することによっても所望のT/R比が依然とし
て満たされることを念頭に置くことは重要である。換言
すれば、この比の両項は、所要のT/R比を満たすとと
もに他の設計制約を満足するため必要に応じて可変であ
る。
ルサイズの液滴36(図1)を生成する熱効率に優れた
液滴生成器であって、液滴36は、一例として、有効な
肺送達の際にエアロゾルにおいて飛沫同伴するのに好適
である、液滴生成器を提供する。本実施形態において、
これは、図6に示すような吸入器71を介して達成され
る。かかる吸入器の一実施例は、薬液(または、上記の
ように、あらゆる流体系生体または化学物質)の供給源
75が嵌合する容器を有する本体68を含む。
tum interconnection)等によって本体の導管73と結合
され、供給源の液体を、図2に関連して上述したように
多数の液滴生成器を担持する液滴生成器ヘッド72に導
く。好ましくは導管および液滴生成器ヘッドは、製造時
に、あるいは次に説明するように吸入器が動作して液滴
を噴出する前にユーザによって(ヘッドのオリフィスに
吸気を加えること等によって)プライミングしておく。
68の対応する形状のリセス61において吸入器71に
接合されてもよい。この回路は液滴生成器の熱変換器
を、吸入器制御システム81の一部であるコントローラ
52からの適当な調整済み制御信号と接続させる。制御
システム81は、電源79およびオペレータスイッチ7
7を設けたコントローラ52を含む。このコントローラ
は、制御された電流パルスをヘッド72に送ることによ
ってスイッチ信号に応答し、必要に応じて液滴生成器を
発射する集積回路である。なお、上記制御システムは、
多数の方法のいずれにより構成されてもよく、吸入器の
本体と一体化されることが最も好ましいことが認められ
よう。
ース69に配置されることが好ましい。液滴が空気中で
飛沫同伴されるように、リセス61または他の機構を用
いて吸気中に空気流を提供するようにしてもよい。
ヘッド72の配列(すなわち、ヘッド72により生成さ
れた液滴が即座に周囲の空気に放出されるような)によ
り、噴出される液滴の量と放出される流体の量の精度の
よい計量が行われるとともに、適度に微粒の液滴を生成
することが理解されよう。すなわち、室からの流体の排
出に、噴出された液体の体積を適度に微粒の液滴に減じ
る他の機構を伴う必要がない。
に適する液滴の製造に焦点を当ててきたが、このような
微粒の液滴を他の適用について生成可能であることが理
解されよう。本発明の液滴生成器は、精確に調整された
量の殺虫剤、塗料、燃料等を分注する芳香送達(scent d
elivery)に適する液体の供給とともに組み込み可能であ
る。
てきたが、当業者には他の変形例を発明の範囲内で行う
ことが可能であることが予想される。したがって、本発
明の好適および代替の実施形態を説明してきたが、発明
の精神および範囲はこれらの実施形態に制限されず、特
許請求の範囲において定義される各種変形例および同等
物に及ぶことが認められよう。
換器(35)を基板(40)の上面(56)に担持した
前記基板(40)と、前記基板に取り付けられ、外表面
(49)を有しており、前記外表面(49)を通ってオ
リフィス(25)が形成されるオリフィス部材(48)
であって、前記熱変換器に隣接し、かつ前記オリフィス
及び前記基板に設けられた吸入口(54)と液通し、こ
れにより前記吸入口を通して室(33)に液体を伝達す
るように構成される前記室(33)を形成するオリフィ
ス部材と、を備える液滴生成器(20)であって、室の
厚さは前記上面から前記外表面に延びる寸法であり、前
記変換器面積の平方根に対する前記室の厚さの比は約
0.75より小さい、ことを特徴とする液滴生成器。
特徴とする第1項に記載の液滴生成器。
徴とする第1項に記載の液滴生成器。
なくとも2個のオリフィス(125)が前記室(33)
から延びて前記オリフィス部材(48)の前記外表面
(49)を通過するように開口し、これにより前記室か
ら前記オリフィスを通って液体が放出されることを特徴
とする第1項に記載の液滴生成器。
5)は単一部材であることを特徴とする第4項に記載の
液滴生成器。
けるステップと、室(33)に前記液体の一部を充填す
るステップと、前記各室から100フェムトリットルよ
り小さい体積を有する前記液体の液滴(36)を放出す
るために必要な気泡を生成するのに十分な熱量を瞬間的
に前記液体に加えるステップと、を備えることを特徴と
する方法。
積として前記液体を各室(33)から放出するステップ
を備えることを特徴とする第6項に記載の方法。
た瞬間に前記液体が放出されるように前記液体を瞬間的
に加熱するステップを備えることを特徴とする第7項に
記載の方法。
5)が前記室(33)から延びて前記オリフィスを通っ
て前記室から液体を放出させるオリフィス部材(48)
を設けるステップをさらに備えることを特徴とする第7
項に記載の方法。
ぼすべてがオリフィス(25)を通って放出されるよう
に構成される単一のオリフィス(25)を設けるステッ
プをさらに備えることを特徴とする第7項に記載の方
法。
作の計算流体力学シミュレーションからのグラフの再現
図である。
の拡大断面図である。
って液滴生成器を製造する工程を説明する断面図であ
る。
造される液滴生成器を説明する断面図である。
造される液滴生成器を説明する断面図である。
いて、エアロゾルにおいて飛沫同伴される液滴を生成す
る目的におけるその使用方法を説明する一部断面図によ
る説明図である。
1)
Claims (1)
- 【請求項1】 面積を有する略平坦部材である熱変換器
(35)を基板(40)の上面(56)に担持した前記
基板(40)と、 前記基板に取り付けられ、外表面(49)を有してお
り、前記外表面(49)を通ってオリフィス(25)が
形成されるオリフィス部材(48)であって、前記熱変
換器に隣接し、かつ前記オリフィス及び前記基板に設け
られた吸入口(54)と液通し、これにより前記吸入口
を通して室(33)に液体を伝達するように構成される
前記室(33)を形成するオリフィス部材と、を備える
液滴生成器(20)であって、 室の厚さは前記上面から前記外表面に延びる寸法であ
り、 前記変換器面積の平方根に対する前記室の厚さの比は約
0.75より小さいことを特徴とする液滴生成器。
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