JP2008529754A - 内蔵フィルタ機能を備えた微細構造高圧ノズル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、板状本体の微細構造化により生成される複数のチャンネルを含む微細構造ノズルに関する。このノズルのチャンネルは、互いに隣接する列に配列されて基板から突出した突起の間に配置される。この微細構造基板は、蓋板で覆われている。チャンネルは、形状、断面積、及び長さに従って狭い境界内に形成される。このノズルは、一次構造体としてフィルタを収容し、二次構造体は、フィルタから下流に配列される。ノズルは、例えば吸入器と共に用いられ、薬物を含有する液体からエーロゾルを生成することを可能にする。
【選択図】図1
Description
クロロフルオロカーボン作動式の高圧ガス製剤が禁止されたために、肺に吸入するためのエーロゾルを生成するのに同様に有効か又はそれよりも優れる手法の開発が益々成功を収めている。
−上部ハウジング部、
−上部ハウジング部内のノズル、
−上部ハウジング部に連結され、下部ハウジング部が配置されたバネハウジング、
−バネハウジングにより形成された内側空間に挿入することができる貯蔵容器、及び
−一体化バルブ本体を有し、貯蔵容器からノズルに向けて延びる中空プランジャ。
バネにテンションを与えることにより、バネハウジングの上部部分に配置され、そこから中空プランジャが吊り下げられている動力取出フランジが移動する。
使用されるノズルは、好ましくは、マイクロエンジニアリングにより生成されたノズル又はノズル本体である。この種の微細構造ノズル本体は、例えば、WO94/07607又はWO99/16530に開示されている。WO99/16530のノズルは、本発明の出発点である。従って、WO99/16530の明細書全体、特にEP1017469B1で請求された実施形態をその全ての特徴と共に参照する。
ノズル入口端は、流体入口又は複数の流体入口を有する。1つ又は複数の入口は、1つ又は複数の前置フィルタとして構成することができる。代替的に、前置フィルタは、流れの方向の入口/複数の入口の下流に別々に連結することができる。
流れの方向で見て、主フィルタの背部には、既に濾過された流体のための濾液収集チャンバがある。
流体収集チャンバから、流体は、好ましくは1または2以上のノズル開口部を備えたノズルの形態に構成された出口に移動する。
ノズルを生成するために、以下の段階が実行される。
−一群の基板を構成する段階、
−一群の基板を接合して板を互いに覆う段階、及び
−個々のノズル配列を分離する段階。
構成した後に、シリコン板を清浄にする。シリコン板は、次に、陽極結合により蓋板に取り付けられる(1968年8月13日にPomerantz他に付与された米国特許第3,397,278号参照)。
結合工程の後に、複合構造体は、高速回転円形ダイヤモンドソーを用いて個々の単位(例えば、正方形)に分割される。
驚くべきことに、現在では、ノズルがその全体でより一様なスプレーパターンと、ノズルの内部の微細構造の構成が修正された場合に長期の使用に有利であることとを示すことが見出されている。
更に別の目的は、ノズル内の流れ抵抗の実質的な増大を回避することである。
別の目的は、「Respimat(登録商標)」型の吸入器において本発明によるノズルを用いることである。
高さが濾液収集チャンバの高さに対応する内蔵要素を用いることが有利である。
内蔵要素は、基板から形成することができる。
上述の断面の代わりに、三角形、台形、又は矩形とすることもできるが、隅部は、流れの方向に整列させる必要がある。
有利な態様においては、互いに対する内蔵要素の寸法及び間隔は、流体の表面張力を利用することにより、それらが溶液の蒸発性に影響を及ぼすようなものである実施形態が存在する。
内蔵要素の密度は、好ましくは、200,000〜300,000/平方センチメートル、より好ましくは、250,000/平方センチメートルである。
しかし、凹状又は代替的に凸状の周囲壁を有する内蔵要素を構成することも有利であることが証明されている。
主フィルタの内蔵要素のジグザグ配列のために、流体の方向は、流れの本来の方向から見て実質的に直角に変化する。その後、流体収集チャンバ内で流れの方向は再び変化し、この時は、90°未満の内角で第1の回転方向と反対の方向に戻る。
上述の突起は、ジグザグ形の構成を構築するためにフィルタの全幅に亘って並列に配列することができる。
代替的に、第2の実施形態では、内蔵要素は、入口の方向に突出するフィルタシステムのスパイクのまさにその中に形成することができるが、ジグザグ形の構成の前の領域を除くことが好ましい。
第3の代替的な実施形態では、内蔵要素は、ジグザグ構成の前部及び背部の両方で流れの方向に配列することができる。
カスケードに配列された突起の各列の周りの区域における平坦な基板と平坦な蓋板との間隔は、流体がチャンネルの列に入る突起の側のチャンネルの幅とほぼ同じである。この間隔は、チャンネルの幅の半分と2倍の間である。この間隔は、流れの方向に見て列から列に減らすことができる。従って、チャンネルは、流体に対するその入口端で実質的に正方形の断面を有する。
柱の間に延びるチャンネルの長さは、流体に対する入口側のその高さの少なくとも2倍の大きさである。チャンネルの断面は、ほぼ正方形又は樽形又は台形であり、後者の場合、台形の長い辺は蓋板で形成することができる。チャンネルの長さは、例えば、5〜50μm、高さは2.5〜25μm、幅は2.5〜25μmとすることができる。チャンネルの幅は、出口側に向けて増大させることができる。
濾過流体は、濾液収集チャンバ内でノズルまで運ばれる。これは、互いに向けて傾斜した2つの開口部を有することが好ましい。それによって流体は、ノズル開口部の背部で合流するように互いの方向に向けられた2つの流れにノズルによって分割される。
本発明によるノズルの製造においては、従来技術で公知の方法と異なり、ガラス板に固く取り付けられた微細構造シリコンウェーハの下側に、個々のノズルがこの板から形成される前に粘着フィルムが設けられる。
−小さな区域に亘って多数のチャンネルがあるために、一部のチャンネルが流体からの汚染物で遮断されていても作動可能なままである。この特性は、ノズルと組み合わされたフィルタの有用性に決定的に重要である。薬物を分配するためのアトマイザに用いる時には、所定の使用期間内にアトマイザが故障すると使用者に対して深刻な結果をもたらす場合がある。
−チャンネルの断面は、例えばその下流のノズルの断面に適合するように、他の要件に合うように適応させることができる。
−小さなフィルタ容積内に大きな濾過表面を収容することができる。
−流体の流れは、それがジグザグ構成に配列された列の間のチャンネルに入る前に、チャンネル内の流れに垂直に実質的に向けられる。
−開口フィルタ表面(全てのチャンネルの断面積の合計)は、全フィルタ表面の少なくとも50%である。
−特に高密度の内蔵要素がある時には、フィルタのデッドボリュームは小さい。
−ノズルは、小さな不良率で多数を大量生産することができる。
−濾液収集チャンバにおける製薬流体内の結晶化又は沈殿工程は、内蔵要素により低減される。
−最後に、ノズルの構造に対する本発明による変更は、大量生産において永久的に均一なスプレーパターンを示さないノズルの割合が、0.1〜0.5%から0.001〜0.005%まで、ほぼ100倍低減されたことを意味している。
ここで、図面を参照して本発明をより詳細に以下に説明する。
薬物含有流体からエーロゾルが生成されるアトマイザは、図1に示すノズルと同様の構成の本発明によるノズルを収容している。
また、図1に示すように、入口側のスパイク53と出口側のスパイク54の間のほぼ中間で列3のジグザグ形の配列を通って延びる中心線52がある。
2a、2b 縁領域
3 突起(7)の列
4 突起(前置フィルタ)
5 入口スロット
6 ノズル
7 突起
8 チャンネル
11、12、13、14、15 柱の形態の突起(7)
16、17、18、19 支柱の形態の突起(7)
21 柱の矩形断面
22 凹状長辺を備えた柱の断面
23 柱の台形断面(長辺が取り付けられたもの)
24 柱の台形断面(短辺が取り付けられたもの)
25 縦方向縁部に丸みを付けた柱
31 突起(7)のマトリックス状配列
32 突起(7)の直線状配列
33 突起(7)の蛇行形配列
34 突起(7)のジグザグ形配列
35 いくつかの列に配列された突起(7)
36 カスケード状に配列された突起(7)
41 流体のための入口開口部
42 入口開口部に平行に整列した柱
43 入口開口部に垂直に整列した柱
50 二次構造体
50a 濾液収集チャンバ
51 内蔵要素
52 中心線
53 入口側のスパイク
54 出口側のスパイク
55 フィルタ
56 動力取出フランジ
57 中空プランジャ
58 バルブ本体
59 シール
60 止め
61 止め
62 固定部材
63 支持体
64 作動ボタン
65 マウスピース
66 保護カバー
67 バネハウジング
68 圧縮バネ
69 スナップ式ラグ
70 下部ハウジング部
71 貯蔵容器
72 流体
73 ストッパ
74 スピンドル
75 ドライブピニオン
76 スライダ
77 上部ハウジング部
78 ポンプハウジング
79 ホルダ
80 ノズル本体
Claims (37)
- フィルタと、濾過されていない流体の入口と、濾過された流体の出口を有する微細構造ノズルであって、
実質的に平坦な基板(1)と、該基板に取り付けることができる蓋板と、一次構造体として構成された主フィルタとを備え、
該主フィルタは、前記基板(1)の一体構成要素として且つ前記基板(1)から突出しするように並べて配列され列(3)とされた複数の突起(7)を備え、
該突起は、前記入口から前記出口まで前記ノズルを通る流体通路を形成するチャンネル(8)によって互いに離間され、同時に前記蓋板は、該蓋板が前記基板に取り付けられたとき、該突起(7)及び該チャンネル(8)を覆う微細構造ノズルであって、
流れの方向で前記主フィルタの後側に配置された濾液収集チャンバ(50a)を更に備える微細構造ノズルにおいて、
基板(1)及び/又は蓋板に作用し、0.005mmから0.02mmの直径を有する複数の内蔵要素(51)を備えた二次構造体(50)が、前記濾液収集チャンバ(50a)に配置されている、
ことを特徴とする微細構造ノズル。 - フィルタと、濾過されていない流体の入口と、濾過された流体の出口を有する微細構造ノズルであって、
実質的に平坦な基板(1)と、該基板に取り付けることができる蓋板と、一次構造体として構成された主フィルタとを備え、
該主フィルタは、前記基板(1)の一体構成要素として且つ前記基板(1)から突出しジグザグ状に配置されて並べて配列され列(3)とされた複数の突起(7)を備え、
該突起は、前記入口から前記出口まで前記ノズルを通る流体通路を形成するチャンネル(8)によって互いに離間され、同時に前記蓋板は、該蓋板が前記基板に取り付けられたとき、該突起(7)及び該チャンネル(8)を覆う微細構造ノズルであって、
流れの方向で前記主フィルタの後側に配置された濾液収集チャンバ(50a)を更に備える微細構造ノズルにおいて、
基板(1)及び/又は蓋板に作用し、流れの方向でジグザグ構成の前及び大まかにその後側に形成される複数の内蔵要素(51)を備えた二次構造体(50)が、前記濾液収集チャンバ(50a)に配置されている、
ことを特徴とする微細構造ノズル。 - 前記内蔵要素(51)の直径は、0.005mmから0.02mmである、
請求項2に記載の微細構造ノズル。 - 前記内蔵要素(51)は、円筒状外周壁を有する、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記内蔵要素(51)は、互いに0.005mmから0.02mmの間隔を有する、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記内蔵要素(51)の直径は、0.01mmである、
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記内蔵要素(51)は、凹状外周壁を有する、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記内蔵要素(51)は、凸状外周壁を有する、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記内蔵要素は、前記基板から前記蓋板まで支柱状に延び、かつ該蓋板の一体部分である、
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記突起(7)は、前記フィルタの幅全体に亘って並んで配列されている、
請求項1ないし9のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記二次構造体(50)は、前記ジグザグ構成の前記出口の側に中心線(52)まで形成されている、
請求項2ないし10のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記二次構造体(50)は、前記ジグザグ構成の前記出口の側に、前記入口の方向に突出する点の中に形成されている、
請求項2ないし10のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記突起の周りの領域における前記基板と突起(7)の列(3)内の前記蓋板との間隔が、前記流体がチャンネル(8)の列に入る部分での突起(7)の側のチャンネル(8)の幅とほぼ同じ大きさである、
請求項1ないし12のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 並べて配置され列にされた複数の突起(7)が、基板(1)から突出し該基板の一体部分であり、
突起のいくつかの列(3)が、カスケード状に配列され、
前記チャンネル(8)の断面は、流れの方向に見て前記流体が流れる方向と直交する方向に列から列へ減少し、
前記フィルタの入口側近くに配列された突起(3)は、突起(3)の間隔が該フィルタのより出口側に配列された突起(3)よりも小さくなるように、より大きく又はより多数にされ、
カスケード状に配列された突起(7)の各列の周りの領域における前記基板と前記蓋板との間隔が、前記流体がチャンネルの列に入る突起(7)の側のチャンネルの幅とほぼ同じ大きさであり、さらに、
前記フィルタのほぼ幅全体に亘って延び、該フィルタの入口側の前記基板から突出する突起(7)とほぼ同じ高さである、前記濾過されていない流体の縦長の入口スロット(5)と、
前記フィルタのほぼ幅全体に亘って延び、該フィルタの出口側の前記基板から突出する突起(7)とほぼ同じ高さである、前記濾過された流体のための縦長の出口スロットと、が設けられている、
請求項1ないし13のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 平坦な基板(1)及び平坦な蓋板である、
請求項1ないし14のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記フィルタの全ての構造は、専ら前記基板(1)に形成される、
請求項1ないし15のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 突起(7)の周りの領域における前記平坦な基板(1)と突起(7)の列(3)内の前記平坦な蓋板との間隔が、前記流体がチャンネル(8)の列に入る突起の側のチャンネルの幅の半分と2倍の間である、
請求項1ないし16のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 数列の並んだ突起(7)の列が設けられて、前記突起(7)の隣接する二列の対向する側面が凝集チャンバを形成し、該凝集チャンバに全てのチャンネルからの流体が第1列の突起間に流れ込み且つ該凝集チャンバから流体が流れ方向で次の列の突起間のすべてのチャンネルに流れてくる、
請求項1ないし17のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記収集チャンバ(50a)は、前記入口スロット(5)と突起(4)の第1の列との間で縦長断面部分を有し、該断面部分に前記濾過されていない流体が運ばれ、該断面から流体が前記第1の列の突起間の全てのチャンネルの中に流入し、
前記収集チャンバ(50a)は、突起の最後の列と前記出口スロットとの間に縦長断面部分を有し、該断面部分に前記最後の列の全てのチャンネルからの流体がその中に流入し、該断面部分から前記濾過された流体が排出される、
請求項1ないし18のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 突起が、流れの方向に見て、直線又は湾曲している柱(11、12、13、14、15)の形態であり、又は
突起が、支柱(16、17、18、19)の形態である、
請求項1ないし19のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - チャンネル(8)が、流体入口側で、長さがチャンネルの高さの少なくとも2倍であり、その断面が一定である、
請求項1ないし20のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - チャンネル(8)が、前記チャンネルの長さに亘って一定のほぼ正方形断面の柱の間に延び、該チャンネル(8)が、長さ5μmから50μm、高さ2.5μmから25μm、及び幅2.5から25μmである、
請求項1ないし21のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - チャンネルの断面が樽形又は台形であり、該台形の長辺が好ましくは前記蓋板により形成された、
請求項1ないし22のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - チャンネル(8)が、前記流体の入口側でほぼ正方形断面を備え、該断面が、前記流体の出口側に向けて幅広になる、
請求項1ないし23のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 突起の列の間隔が、入口側の前記チャンネルの幅の大きさの好ましくは2倍である、
請求項1ないし24のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 突起が、
互いに平行に延びる列(31)、又は
2°から25°の角度αで互いに向けて傾斜した蛇行パターンの列(33)で
配列されている、
請求項1ないし25のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 突起が、2°から25°の角度αで互いに向けて傾斜している、
請求項2ないし25のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 突起(7)の周りの領域における前記平坦な基板(1)と突起の列(3)内の前記平坦な蓋板との間が一定の間隔である、
請求項1ないし27のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記基板(1)及び蓋板間の間隔が流れの方向にテーパが付いている、
請求項1ないし27のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 突起(7)の周りの区域における前記平坦な基板(1)と突起の列内の前記平坦な蓋板との間隔が、前記フィルタの入口側近くに位置する列の端部領域から該フィルタの出口側近くに位置する列の端部領域に向けて増大する、
請求項1ないし29のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 基板(1)が、等方性又は異方性の湿潤又は乾燥エッチング又はこれらの方法の組合せにより、好ましくは異方性乾燥エッチングにより構成された、
請求項1ないし30のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 蓋板が、陽極接合によって付着させた、シリコンで作られた基板(1)及びガラスで作られた、
請求項1ないし31のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 前記濾液収集チャンバ(50a)は、流れの方向に円錐形にテーパが付けられ、前記出口として少なくとも1つのノズル(6)を有する、
請求項1ないし30のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 蓋板が、直接結合によって付着させた、シリコンで作られた基板(1)及びシリコンで作られた、
請求項1ないし31のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 液体が通過するための貫流チャンネルを各々が形成する前記内蔵要素間の間隔は、該液体に対して実質的に透過性である流れの方向に垂直な得られる断面区域が、前記主フィルタの構造によって形成された該貫流チャンネルの対応する有効断面積よりも大きいようなものである、
請求項1ないし34のいずれか1項に記載の微細構造ノズル。 - 請求項1ないし35のいずれか1項に記載の微細構造フィルタを含む、
吸入療法のためのアトマイザ。 - 請求項1ないし35のいずれか1項に記載のノズルを生成する方法であって、
1つの段階において、フィルタ構造体の形態の微細構造、二次構造体、ノズル入口、及びノズル出口が、多数のノズルに対してシリコンウェーハの一方の面にエッチングされ、
次の段階において、ガラス板が、前記シリコンウェーハのこの面にしっかりと取り付けられ、
独立した段階において、前記シリコンウェーハは、粘着フィルム上に置かれ、
最後の段階において、前記シリコンウェーハ及びガラス板を含み、前記粘着フィルムを該シリコンウェーハの下側にしたアセンブリから、ダイヤモンドソーを用いて、個々のノズルが該ガラス板側から開始して生成される、
ことを特徴とする方法。
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