JP2008132495A - 液滴スプレーデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】製造が単純であり、確実であり、かつ安価である、大きさが小さくエネルギー消費および費用が低いような、デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明は、液状物質を噴霧するための液滴スプレーデバイスを提供し、このデバイスは、以下：ハウジング、液状物質を空間に供給するための手 段、ノズル本体に配置されるノズル膜であって、少なくとも１つの出口ノズルおよび少なくとも１つの排出チャネルを備え、この排出チャネルは、空間を少なくとも１つの出口ノズルの各々に接続し、出口ノズルおよび排出チャネルが、公差の厳しい真っ直ぐなテーパでない形状を有する、ノズル膜、ならびに振動要素で あって、この振動要素は、ノズル膜の出口ノズルを通るスプレーとして、液状物質を噴出させるように、空間中の液体を振動させるよう配置されている、振動要素、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状物質（例えば、薬物、芳香剤または他の噴霧液体）を噴霧するのに適切な液滴スプレーデバイスに関する。このようなデバイスは、例えば、香 水ディスペンサーに使用され得るか、または患者の呼吸系によって患者に噴霧薬物または霧状薬物を投与するのに使用され得る。このようなデバイスは、その最も簡単な形状では、通例、アトマイザーと呼ばれている。このデバイスは、この液状物質を、噴霧液滴の分散体として送達する。さらに具体的には、本発明は、 改良した液滴スプレーデバイスに関し、これは、制御可能な液滴スプレーを効率的に作り発射する。

液体を噴霧する種々の液滴スプレーデバイスが公知である。例えば、文献欧州特許出願公開番号０ ５１６ ５６５は、水を噴霧する超音波ネブライザーを記 述している。このデバイスは、室内加湿器として使用される。この水を通して水面へと振動が伝達され、この水面を通して、スプレーが生じる。振動なしで水を保持するために、有孔体が設けられる。

代表的には、吸入器は、この液状物質を液滴に噴霧するために、同じ原理を使用する（例えば、文献ＷＯ９５／１５８２２を参照）。

公知であるように、液滴の大きさは、穿孔膜の出口オリフィスの大きさに依存し、そしてまた、振動の周波数に依存する。小さな液滴を得るためには、非常に 高い周波数（直径約１０μｍの液滴に対しては、代表的に１ＭＨｚを超える）を使用するべきである。一般に、周波数が高くなるにつれて、液滴の直径は小さくなり得る。このことは、高い周波数に起因して、電力消費の増加を導き、その結果、デバイスが小さなバッテリーで作動するデバイスのために適切ではなくな る。

別の液滴スプレーデバイスは、本出願人の名義の文献である欧州特許出願公開番号０ ９２３ ９５７から公知である。記載される液滴スプレーデバイスは、 ハウジングからなり、このハウジングは、第一の基板および第二の基板を重ねて形成され、これらの基板の間に、液状物質を収容するためのチャンバまたは空間が形成され、従って、圧縮チャンバを提供する。出口手段が、第一の基板のより薄い本体部分に提供される。この出口手段は、空洞（これは、このチャンバを部 分的に構成する）、出口ノズルおよび排出チャネル（これは、これらのノズルをチャンバに連結する）からなる。この液状物質は、例えば、非常に小さい圧力（例えば、およそ数ミリバール）または毛管現象により、スプレーデバイスのチャンバまたは空間に入る。このスプレーデバイスは、さらに、この空間内の液状 物質の振動を引き起こすために、振動要素（例えば、圧電素子）を含む。この液状物質を振動させることにより、その液体は、この出口手段に入り、この液体がデバイスから発射されるにつれて、液滴スプレーが発生する。

この先行技術文献は、さらに、このような排出チャネルを直線状でテーパのない輪郭にする技術を記述している。これにより、水溶液および懸濁液に対して、 この排出チャネルを横切る正確に規定した圧力低下、液滴の大きさおよび流動挙動が得られるのに対して、懸濁液中に小さい固体粒子（例えば、１μｍ未満から約２μｍ）を含む医薬品には、比較的に滑らかな表面が適している。同じ効果は、例えば、香水分配用途に対してそれより大きい寸法（例えば、１０μｍ以上の ノズル）でも、比例的に得られ得る。

発射された液滴の直径は、この液状物質の振動の所定周波数に対するノズル穴の大きさ「ｄ」および入口圧力に依存している。約２４３ｋＨｚの周波数を使用 する従来技術のデバイスでは、その平均液滴直径は、約５μｍであることが分かっており、この出口ノズルの穴の直径は、約７μｍであり、その入口圧力は、数ミリバールである。１個のこのような液滴は、それゆえ、約６７フェムトリットル（１０^−１５ｌ）の量を含み、その結果、このようなノズルの数は、噴出する量の関数として決定され得る。

実際、これらの出口ノズルの製作公差Δｄは、この量（すなわち、発射する液滴の容量「Ｖ」）を制御し決定する際の必須要素である。事実、この容量Ｖは、ｄ^３に依存しており（Ｖ＝１／６×πｄ^３）、ｄは、この出口ノズルの直径である。

例えば、もし、ｄ＝５μｍであり、Δｄ＝±０．５μｍであるなら、液滴容量Ｖは、４７．５（ｄ＝４．５）から８７（ｄ＝５．５）へと変わり得、これは、８３％の変動である。

さらに、この排出チャネルを横切る圧力低下は、ｄ^４に依存していることが公知であり、そこで、この出口直径、チャネル直径、その断面、ならびに出口チャネルおよびノズルの種々の微小機械加工断面の任意の組合せは、この液滴スプレーデバイスの構造における重要な因子であることが理解され得る。

この液滴の直径は、その液体のある種の物理化学的特性（例えば、表面張力および粘度）と共に変わることもまた、公知である。従って、引用した先行文献で 示されているように、発射する液体および所望の液滴特性に従って、この物理的および電気的デバイスパラメータ（周波数および振幅）を適合させ得ることが重要である。

実際に、上記のことから理解され得るように、この出口手段は、非常に高い精度で、そして非常に低い公差で、製造される必要がある。このことは、比較的高価なデバイスを導く。

本出願人は、ここで、先行技術のデバイスが一般的に満足に機能するものの、出口手段を作製する際に、安価な様式で製造され、これによって依然として十分な剛性および正確さを確実にする必要がある場合には、このデバイスの構成は、限界を有することを見出した。

従って、本発明の課題は、上記不都合を克服する液滴スプレーデバイスを提供することである。

本発明の別の課題は、製造が単純であり、確実であり、かつ安価である、大きさが小さくエネルギー消費および費用が低いような、デバイスを提供することである。

従って、本発明は、添付の特許請求の範囲に規定されるような液滴スプレーデバイスを考慮する。

本発明は、液状物質を噴霧するための液滴スプレーデバイス（１）を提供し、このデバイスは、以下：
・ハウジングであって、第一の基板（２、１２）、中央開口部（３ａ）を有する円盤型の第二の基板（３）、第二の基板（３）上で中央開口部を覆って配置さ れる、ノズル本体（５）、ならびに第一および第二の基板とノズル本体とによって囲まれ、そして液状物質を収容するための、空間（４）を備える、ハウジング、
・液状物質を空間（４）に供給するための手段（７）、
・ノズル本体（５）に配置されるノズル膜（５ｂ）であって、少なくとも１つの出口ノズル（９）および少なくとも１つの排出チャネル（８）を備え、この排 出チャネルは、空間（４）を少なくとも１つの出口ノズル（９）の各々に接続し、出口ノズル（９）および排出チャネル（８）が、公差の厳しい真っ直ぐなテーパでない形状を有する、ノズル膜（５ｂ）、ならびに
・振動要素（６）であって、この振動要素（６）は、ノズル膜（５ｂ）の出口ノズル（９）を通るスプレーとして、液状物質を噴出させるように、空間（４）中の液体を振動させるよう配置されている、振動要素（６）、
を備え、ここで、第一の基板（２、１２）の底部表面およびノズル本体（５）の頂部表面が、第一の基板（２、１２）の底部表面とノズル本体（５）の頂部表面との間に、空間（４）の小さな間隙部分（４ａ）を作製するように配置されている。

１つの実施形態においては、上記ノズル本体（５）が、シリコン本体（１５）および窒化物層（１６）を備え、この窒化物層（１６）が、シリコンの上に配置されて、上記膜部分（５ｂ）を形成する。

１つの実施形態においては、上記ノズル本体（５）が、フォトレジスト材料（２６）を備え、このフォトレジスト材料（２６）が、光構造化されて上記ノズル膜（５ｂ）を得る。

１つの実施形態においては、上記フォトレジスト材料（２６）がＳＵ−８である。

本発明によるスプレーデバイスの構築によって、効率的なデバイスが、比較的単純かつ安価な方式で得られ得る。

本発明による液体スプレーデバイスの他の特徴および利点は、以下の説明を読むことから明らかとなる。この説明は、非限定的な例としてのみ提供され、従って、添付の図面を参照する。

本発明によれば、製造が単純であり、確実であり、かつ安価である、大きさが小さくエネルギー消費および費用が低いような、デバイスが提供される。

第一の好ましい実施形態の一例を、以下に説明する。従って、本発明は、液状物質を噴霧するための液滴スプレーデバイスに関する。図１は、第一の実施形態 の断面を示す。この液滴スプレーデバイスは、一般的な参照番号１によって示され、そしてこの実施例において、第一の基板２および第二の基板３を備えるハウジングから構成される。第一の基板２は、好ましくは、プラスチックからなり、そして逆Ｕ字型である。第二の基板３は、好ましくは、ステンレス鋼で作製さ れ、そして約２０〜約２００μｍの厚みを有し、そして中央部に開口部３ａを有する、円盤形状である。もちろん、この第二の基板は、円形である必要はなく、正方形または矩形でもあり得る。この場合には、開口部は、単に中央部分に位置する。

第二の基板３は、第一の基板２の「Ｕ」を閉じ、その結果、ハウジングの内部（すなわち、第一の基板２の底部表面と第二の基板３の頂部表面との間）に、液 状物質を受容するための空の空間またはチャンバ４が作製される。この液状物質は、医薬、芳香剤、または噴霧され得る他の任意の液体であり得る。

ノズル本体５が、さらに提供され、そしてこれは、空間４中の任意の液状物質と直接接触するように適切な様式で、配置される。ノズル本体５は、この実施例において、第二の基板３の頂部に位置して、第二の基板３の中央部分の開口部を覆い、そしてそこに接着される。

このように、空間またはチャンバ４は、第一の基板２、第二の基板３、およびノズル本体５の配置によって閉じる。実際に、第一の基板２の底部表面およびノ ズル本体５の頂部表面は、小さな間隙部分（４ａで示される）を、第一の基板２の底部表面とノズル本体５の頂部表面との間に作製するように、配置される。

円盤形状の振動要素（例えば、圧電素子）６が、第二の基板３上に配置され、そして第二の基板３の底部表面に接着される。この圧電素子はまた、その中央に 開口部６ａを有し、この開口部は、第二の基板３の開口部３ａと同心である。圧電素子６は、振動を、第二の基板３に、そして空間４に収容される液状物質に、例えば、上記の文献欧州特許出願公開番号０ ９２３ ９５７から公知のような様式で、伝達する。上記のように、ステンレス鋼が、第二の基板として好まし い。これは、ステンレス鋼の可撓性および弾性がシリコンに類似しているという事実に起因する。従って、この様式で、圧電素子６は、欧州特許出願公開番号０ ９２３ ９５７のシリコン基板に振動を伝達すると類似の様式で、ステンレス鋼シートに振動を伝達し得る。次いで、液状物質は、従来の様式で振動を起こ し、そして間隙部分４ａに存在する液状物質は、ノズル本体５のより薄い部分（ノズル膜部分）の振動を引き起こし、その結果、この液体が液滴のスプレーとして吐出される。

液状物質が空間またはチャンバ４に入ることを可能にするために、適切な入口手段７が、外部液体容器（図示せず）を液滴スプレーデバイスに接続するように 提供される。この例において、この入口手段は、第一の基板２を横切るチャネルからなる。さらに適切な従来の接続手段が提供されて、入り口手段７を外部容器に連結し得る。

図１に見られるように、ノズル本体は、第二の基板３の頂部表面に、開口部３ａを覆って配置され、従って、チャンバ４の間隙部分４ａを、ノズル本体５と第 一の基板２との間に作製する。圧電素子６がチャンバ４に収容される液体を振動させる場合に、この間隙部分４ａに起因して、この液状物質は圧縮され、その結果、ノズル膜を通して矢印によって示される方向に、容易に吐出されるようになる。このことは、後にさらに詳細に説明される。

ノズル本体５は、好ましくはシリコンからなり、そしてより厚い側部分５ａおよびより薄い中央部分５ｂを有する。このより薄い中央部分５ｂは、ノズル膜 ５ｂを構成する。より厚い部分５ａは、この本体にある程度の剛性を提供して、圧電素子６によって発生する振動を受ける際に破壊されて液状物質によって運ばれることを回避する。より薄い中央部分（すなわち、ノズル膜）５ｂは、上記のように、出口手段を備えて、液状物質がチャンバ４から出ることを可能にする。 実際に、空間４に収容される液体が、振動要素６によって適切な周波数（この場合においては約３００ｋＨｚ）において、そして適切な低圧のもとで活性化される場合には、この液体は、液滴のスプレーとして、出口手段を通って、非常に低い出口速度で噴出する。出口手段（図示せず）は、少なくとも１つの出口ノズル および少なくとも１つの排出チャネルを備える。この排出チャネルは、本明細書中以下にさらに詳細に説明されるように、空間４をそれぞれの排出ノズルに接続する。ノズル本体５およびその出口手段は、エッチングによって（例えば、湿式エッチングまたは異方性エッチングなどによって）、上記文献欧州特許出願公開 番号０ ９２３ ９５７に説明されるような様式で、作製され得る。従って、ノズル本体５の中央部分は、空洞およびより薄い膜部分５ｂを得るために、エッチングにより除去され得る。この実施例において、ノズル本体は、この空洞の側が第二の基板３に隣接して位置するように配置される。しかし、ノズル本体５を上 下逆の様式で、すなわち、平坦な側が第二の基板３の頂部表面に隣接して配置することもまた、可能である。

従って、従来の様式において、ノズル膜５ｂの各排出チャネルは、真っ直ぐな、テーパ状ではない側壁を有し、そして空間４を出口ノズルに接続する。代替の 実施形態において、排出チャネルは、同時係属中の出願ＥＰ ０１ １０３ ６５３．０（これもまた本出願人の名義である）において説明されるように、段付きの形状であり得る（すなわち、広い方の断面の部分と狭い方の断面の部分とを有する）。この場合には、広い方の断面の部分がチャンバに隣接して配置され、 一方で狭い方の断面の部分が出口ノズルに隣接して配置される。

図２は、本発明による液滴スプレーデバイスの第二の実施形態を示す。第一の実施形態と類似の部品は、同じ参照番号で示され、従ってさらには説明されない。

この第二の実施例は、一般的な参照番号１０で示される液滴スプレーデバイスを示し、このデバイスは、第一の基板１２および第二の基板３を備えるハウジン グを有する。第二の基板３は、第一の実施形態のものと類似である。第一の実施形態と類似の入口手段７が、再度提供されて、液状物質が空間またはチャンバ４に入ることを可能にする。

再度、第一の実施形態のものと同一であるノズル本体５が提供され、そして第二の基板３の開口部３ａと整列する。しかし、この実施形態において、ノズル本 体５は、第二の基板３の下に位置し、そしてその底部表面に接着される。再度、示されるように、ノズル本体５の平坦な側部は、第二の基板３の底部表面に隣接するが、このノズル本体はまた、その空洞の側が第二の基板３の底部表面に隣接して配置されるように、上下逆に配置され得る。

圧電素子６が、再度、第二の基板３の底部表面に接着され、そしてノズル本体５を囲む。すなわち、ノズル本体５は、圧電素子６の中央開口部６ａの内部に配置される。このように、非常にコンパクトなデバイスが得られ得る。

この実施例において、第一の基板１２は、再度、逆Ｕ字型である。しかし、この「Ｕ」型断面の底部内側表面は平坦ではなく、その代わりにその中央に突起 １２ａを有する。この突起は、第二の基板３の開口部３ａおよびノズル本体５のより薄い膜部分５ｂと同心に配置され、そしてより低い高さを有する制限された領域が、チャンバ４内に形成されて、間隙部分１４ｂを、突起１２ａの底部表面とノズル本体５の頂部表面との間に作製するように成形される。

上記実施形態から理解され得るように、シリコンの使用を可能な限り減少させることが可能である（すなわち、ノズル本体に対して）。従って、残りの部品に 対して適切な他の材料を使用することによって、より安価なデバイスが得られ得る。実際に、ハウジングの特定の配置、ならびに第二の基板３としてステンレス鋼の円盤を使用し、そして第一の基板２としてプラスチックを使用することによって、十分に正確であり、そして剛性の、従って確実なデバイスが得られ得る。

上記のように、ノズル本体５は、上記文献欧州特許出願公開番号０ ９２３ ９５７において説明されるように、作製され得る。しかし、このノズル本体を別の様式で作製することもまた、可能である。このような様式の２つの例を、本明細書中以下に提供する。

図３は、第一の例を示す。ノズル本体５は、シリコン基板１５から構成される。その頂部表面において、窒化物が、多層構造体１６として堆積される。この多 層構造体１６は、より薄い中央部分（すなわち、実際のノズル膜）を形成するために使用される。従って、真っ直ぐな排出チャネルが、例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を使用することによって、この窒化物層にエッチングされる。このサンドイッチ状の層は、約５μｍの厚みであり得る。この後、シリコ ン本体１５（これは、構造的な安定性のみのために働く）がまずエッチングにより除去され、次いで所望の厚み（これは、液滴スプレーデバイスの意図される用途に依存して、例えば、２０μｍと１００μｍとの間であり得る）を得るために研磨される。

図４は、ノズル本体５を作製する代替の様式を示す。この実施例において、このノズル本体は、支持体２５からなり、この支持体は、例えば、シリコン、ガラ スまたはセラミックなどからなり得る。この支持基板２５の上に、フォトレジスト（好ましくは、ＳＵ−８）が、例えばスピンコーティングによって、堆積される。次いで、この支持体（これは実際には、犠牲支持構造体である）が、エッチングにより除去される。この後、フォトレジストが、ＵＶ放射線の使用によって 従来の様式で光構造化されて、ノズル本体５のより厚い部分を得る。最後に、排出チャネルが、ＲＩＥまたはＤＲＩＥ（深ＲＩＥ）エッチングの使用によって、あるいはレーザー切断によって、より薄い膜部分に形成される。

本発明の好ましい実施形態を記述したが、現在、その概念を含む他の実施形態が使用され得ることは、当業者に明らかである。従って、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲の範囲でのみ限定されるべきであると思われる。

例えば、同じ液滴スプレーデバイスは、呼吸器療法用の医薬品を噴霧するのに使用され得るだけでなく、一般に、例えば、水性またはアルコール性または他の液状物質を使用して、異なる物理化学的組成物を噴霧するのに使用され得る。

本発明は、液状物質を噴霧するための液滴スプレーデバイスに関し、このデバイスは、ハウジングを備え、このハウジングは、第一の基板、この第一の基板に重なる第二の基板、ならびにこれらの第一および第二の基板に囲まれた、液状物質を収容するための空間を備える。

本発明によれば、製造が単純であり、確実であり、かつ安価である、大きさが小さくエネルギー消費および費用が低いような、デバイスが提供される。

図１は、本発明による液滴スプレーデバイスの第一の実施形態の概略断面図である。 図２は、本発明による液滴スプレーデバイスの第二の実施形態の概略断面図である。 図３は、本発明による液滴スプレーデバイスに適切なノズル本体の一例を示す。 図４は、本発明による液滴スプレーデバイスに適切なノズル本体の別の例を示す。

符号の説明

１ 液滴スプレーデバイス
２ 第一の基板
３ 第二の基板
３ａ 中央開口部
４ 空間
４ａ 間隙部分
５ ノズル本体
５ｂ ノズル膜
６ 振動要素
７ 入口手段
８ 排出チャネル
９ 出口ノズル

Claims (1)

1. 明細書に記載の発明。

Images