JP2020515347A - 流体組成物を空気中に分注及び再方向付けするためのマイクロ流体送達装置 - Google Patents

流体組成物を空気中に分注及び再方向付けするためのマイクロ流体送達装置 Download PDF

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Abstract

マイクロ流体送達装置を提供する。マイクロ流体送達装置は、電源と電気的に接続可能なハウジングを含む。カートリッジは、ハウジングと解放可能に接続可能である。カートリッジは、流体組成物を収容するためのリザーバと、リザーバと流体連通しているマイクロ流体ダイとを有する。マイクロ流体ダイは、流体組成物の実質的に全てを水平に対して上方向に分注するように構成されている。マイクロ流体送達装置はまた、ハウジングと接続されたファンを含む。ファンは、第1の方向においてマイクロ流体ダイから分注される流体組成物を合流させ、かつ第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする空気流を発生させるように構成されている。

Description

本開示は、概して、マイクロ流体送達カートリッジに関し、より具体的には、流体組成物を空気中に送達するためのマイクロ流体送達装置と解放可能に接続される、マイクロ流体送達カートリッジに関する。
香料組成物などの流体組成物を、通電による(すなわち電気的な/電池駆動式の)噴霧化により空気中に送達するための様々なシステムが存在する。更に、最近では、サーマル方式及びピエゾ方式のインクジェットヘッドなどのマイクロ流体送達技術を用いて、香料組成物などの流体組成物を空気中に送達するための試みがなされている。
マイクロ流体送達技術を使用して、流体組成物を送達するときには、特に流体組成物を空気中に送達するときには、噴霧化した流体組成物を周囲空間中に適切に分散させることが消費者にとって極めて重要であり得る。更に、近くの表面への流体組成物の堆積を最小にすることもまた、消費者にとって重要であり得る。
マイクロ流体ダイを含むいくつかの噴霧化装置は、流体組成物を上方へ空気中に分注するように構成され得る。そのような噴霧化装置は、空間、建物、又は家屋の全体にわたる様々な場所に配置可能であり得る。部屋又は空間の全体にわたる適切な分散は、空間に対する装置の場所に依存し得る。装置の設置によっては、流体組成物を上方へ空気中に分注することが、空間の全体にわたる最大の分散を可能にしない場合がある。
その結果、空間内の装置の設置に関係のない良好な分散によって、流体組成物を空気中に分注することができる装置を提供することが有益となるであろう。
「組み合わせ」
A.電源と電気的に接続可能なハウジングと、
ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、上面と、上面に対向する底面と、上面及び底面を接合する側壁と、を備える、流体組成物を収容するためのリザーバと、リザーバと流体連通し、重力方向に対して垂直である水平方向に向かって又は水平方向に対して下方向に向けて、流体組成物の実質的に全てを分注するように構成されているマイクロ流体ダイと、を備えるカートリッジと、ハウジングと接続されたファンであって、第1の方向においてマイクロ流体ダイから分注される流体組成物を合流させ、かつ第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする空気流を発生させるように構成されている、ファンと、を備える、マイクロ流体送達装置。
B.マイクロ流体ダイが、リザーバの側壁又は上面に配設されている、パラグラフAに記載のマイクロ流体送達装置。
C.ファンからハウジングの空気出口まで延在する空気流チャネルを更に備える、パラグラフA又はパラグラフBに記載のマイクロ流体送達装置。
D.装置が、マイクロ流体ダイを出る流体組成物を空気出口を出る空気流と合流させるように構成されている、前述のパラグラフA〜Cのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
E.流体組成物が、フレッシュニング組成物又は悪臭制御組成物を含む、前述のパラグラフA〜Dのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
F.流体組成物が、酸素化溶媒及び水を含む、前述のパラグラフA〜Eのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
G.マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、前述のパラグラフA〜Fのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
H.ダイが、4〜100個のノズルを備え、各ノズルが、チャンバと流体連通しており、ヒータが、チャンバ内の流体組成物を加熱するように構成されている、パラグラフGに記載のマイクロ流体送達装置。
I.電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、第1の端部と、第1の端部に対向する第2の端部と、第1の端部及び第2の端部を接合する側壁と、を備える、流体組成物を収容するためのリザーバと、
リザーバと流体連通し、重力方向に対して垂直である水平方向に対して上方向に向けて、流体組成物の実質的に全てを分注するように構成されているマイクロ流体ダイと、を備える
カートリッジと、
ファンと、
ハウジングの内部に配設された第1及び第2の空気流チャネルであって、第1及び第2の空気流チャネルの各々が、ファンから空気出口まで延在している、第1及び第2の空気流チャネルと、第1の位置と少なくとも第2の位置との間で選択的に位置付け可能な空気流カバーであって、第1の位置では、空気流カバーが第1の空気流チャネルを通る空気流をブロックし、第2の位置では、空気流カバーが第2の空気流チャネルを通る空気流をブロックする、空気流カバーと、を備える、マイクロ流体送達装置。
J.空気流カバーが第1の位置にあるときには、ファンからの空気流が、流体組成物を第1の方向における進行から第2の方向における進行に方向付け、空気流カバーが第2の位置であるときには、ファンからの空気流が、流体組成物を第1の方向における進行から第3の方向における進行に方向付け、第1、第2、及び第3の方向が、各々異なる、パラグラフIに記載のマイクロ流体送達装置。
K.マイクロ流体ダイが、カートリッジの上面に配設されている、パラグラフI又はパラグラフJに記載のマイクロ流体送達装置。
L.装置が、マイクロ流体ダイを出る流体組成物をハウジングの内部で合流させるように構成されている、パラグラフI〜Kのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
M.流体組成物が、フレッシュニング組成物又は悪臭制御組成物を含む、パラグラフI〜Lのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
N.流体組成物が、酸素化溶媒及び水を更に含む、パラグラフI〜Mのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
O.マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、パラグラフI〜Nのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
P.ダイが、4〜100個のノズルを備え、各ノズルが、チャンバと流体連通しており、ヒータが、チャンバ内の流体組成物を加熱するように構成されている、パラグラフOに記載のマイクロ流体送達装置。
Q.マイクロ流体装置によって流体組成物を噴射する方法であって、
マイクロ流体送達装置から第1の方向に上方へ空気中に流体組成物を噴射する工程と、
ファンから流体組成物に向かって空気流を方向付ける工程と、空気流と噴射された流体組成物とを合流させて、流体組成物を第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする工程であって、空気流が、空気流と流体組成物とが合流する地点において、流体組成物よりも大きい運動量で進行している、再方向付けする工程と、を含む、方法。
R.マイクロ流体送達装置が、
電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、カートリッジが、流体組成物を収容するためのリザーバ、及びリザーバと流体連通しているマイクロ流体ダイを備える、カートリッジと、
ハウジングの内部に配設された第1及び第2の空気流チャネルであって、第1及び第2の空気流チャネルの各々が、ファンから空気出口まで延在している、第1及び第2の空気流チャネルと、を備え、本方法が、
第1の空気流チャネルを通る空気流を方向付ける工程と、第2の空気流チャネルを通る空気流をブロックする工程と、を同時に行う工程と、
第1の空気流チャネルからの空気流と分注された流体組成物とを合流させて、流体組成物を第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする工程であって、空気流は、空気流と流体組成物とが合流する地点において、流体組成物よりも大きい運動量で進行している、再方向付けする工程と、を更に含む、パラグラフQに記載の方法。
S.流体組成物が、酸素化溶媒及び水を更に含む、パラグラフQ又はパラグラフRに記載の方法。
T.マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、パラグラフQ〜Sのいずれかに記載の方法。
U.マイクロ流体送達装置が、
電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、カートリッジが、流体組成物を収容するためのリザーバ、及びリザーバと流体連通しているマイクロ流体ダイを備える、カートリッジと、
ハウジングの内部に配設された空気流チャネルであって、ファンから空気出口まで延在している、空気流チャネルと、空気流チャネルと流体連通している調節可能なノズルと、を備え、本方法が、
調節可能なノズルを通して空気を第1の方向に方向付ける工程と、
調節可能なノズルを調節する工程と、
調節可能なノズルを通る空気を第1の方向と異なる第2の方向の方向付ける工程と、空気流チャネルからの空気流と分注された流体組成物とを合流させて、流体組成物を再方向付けする工程と、を更に含む、パラグラフQ〜Tのいずれかに記載の方法。
V.マイクロ流体送達装置であって、
電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、第1の端部と、第1の端部に対向する第2の端部と、第1の端部及び第2の端部を接合する側壁と、を備える、流体組成物を収容するためのリザーバと、
リザーバと流体連通し、重力方向に対して垂直である水平方向に対して上方向に向けて、流体組成物の実質的に全てを分注するように構成されているマイクロ流体ダイと、を備える
カートリッジと、
ファンと、
ハウジングの内部に配設された空気流チャネルであって、ファンから空気出口まで延在している、空気流チャネルと、空気流チャネルと流体連通している調節可能なノズルであって、調節可能なノズルが、第1の構成及び第2の構成に構成可能であり、第1の構成では、調節可能なノズルが第1の方向に空気流を方向付け、第2の構成では、調節可能なノズルが第1の方向と異なる第2の方向に空気流を方向付ける、調節可能なノズルと、を備える、マイクロ流体送達装置。
W.マイクロ流体ダイが、カートリッジの上面に配設されている、パラグラフVに記載のマイクロ流体送達装置。
X.装置が、マイクロ流体ダイを出る流体組成物をハウジングの内部で合流させるように構成されている、パラグラフV又はパラグラフWに記載のマイクロ流体送達装置。
Y.流体組成物が、フレッシュニング組成物又は悪臭制御組成物を含む、パラグラフV〜Xのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
Z.流体組成物が、酸素化溶媒及び水を更に含む、パラグラフV〜Yのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
AA.マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、パラグラフV〜Zのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
BB.ダイが、4〜100個のノズルを備え、各ノズルが、チャンバと流体連通しており、ヒータが、チャンバ内の流体組成物を加熱するように構成されている、パラグラフV〜パラグラフAAのいずれかに記載のマイクロ流体送達装置。
マイクロ流体送達装置の頂部斜視概略図である。 線2−2に沿って見た、図1の断面図である。 マイクロ流体送達装置の頂部斜視概略図である。 線4−4に沿って見た、図1の断面図である。 マイクロ流体送達装置の頂部斜視概略図である。 線6−6に沿って見た、図5の断面図である。 マイクロ流体送達装置の概略側面図である。 線8−8に沿って見た、図7の断面図である。 調節可能なノズルを有する例示的なマイクロ流体送達装置の部分概略断面図である。 マイクロ流体送達装置のカートリッジの概略側面図である。 線11−11に沿って見た、図10の断面図である。 硬質PCBを有するマイクロ流体送達部材の頂部斜視図である。 硬質PCBを有するマイクロ流体送達部材の底部斜視図である。 マイクロ流体送達部材のための半可撓性PCBの斜視図である。 マイクロ流体送達部材のための半可撓性PCBの側面図である。 マイクロ流体送達部材の分解図である。 マイクロ流体送達部材のマイクロ流体ダイの頂部斜視図である。 ダイの流体チャンバを示すためにノズルプレートを取り外した、マイクロ流体ダイの頂部斜視図である。 ダイの誘電体層を示すためにマイクロ流体ダイの層を取り外した、マイクロ流体ダイの頂部斜視図である。 線20−20に沿って見た、図17の断面図である。 図20から取り出した部分21の拡大図である。 線22−22に沿って見た、図17の断面図である。 線23−23に沿って見た、図17の断面図である。
本開示は、マイクロ流体送達装置、及び空気中に流体組成物を送達する方法を含む。マイクロ流体送達装置は、マイクロ流体ダイを通して流体組成物を上方へ空気中に分注するように構成される。流体組成物は、例えばフレッシュニング組成物、悪臭低減組成物、香水混合物、及びこれらの組み合わせを含む、様々な構成要素を含み得る。
マイクロ流体送達装置は、ハウジングと解放可能に接続されるように構成されたカートリッジを含む。カートリッジは、流体組成物を収容するためのリザーバと、リザーバと流体連通しているマイクロ流体ダイとを含む。リザーバは、側壁によって分けられた上面及び底面を備え得る。マイクロ流体ダイは、リザーバの側壁の上面に配設され得る。マイクロ流体送達装置は、ファンを備える。ファンは、流体組成物を第1の上方向における進行から、第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする空気流を発生させるように構成される。ファンからの空気流は、マイクロ流体ダイから分注された流体組成物を合流させ、再方向付けするように構成され得る。空気流は、実質的に上方向又は水平方向に進行し得る。ファンは、空間内の流体組成物の分散を増加させるために、壁、物体(複数可)、又は表面(複数可)から離れて流体組成物を再方向付けし得る。壁又は表面(複数可)から離れて流体組成物を再方向付けすることはまた、壁又は表面(複数可)上への流体組成物の堆積を最小にすることもできる。
下記の説明は、各々が様々な構成要素を有するハウジング、カートリッジ、及びファンを備えるものとして、マイクロ流体送達装置を説明しているが、本カートリッジは、以下の説明に記載されているか、又は図面に例示されている構成及び配設に限定されるものではないことを理解されたい。本開示のマイクロ流体送達装置及びカートリッジは、他の構成に適用可能であり、又は種々の方法で実施若しくは実行されてもよい。例えば、ハウジングの構成要素は、カートリッジ上に位置していてもよく、その逆であってもよい。更に、ハウジング、カートリッジ、及びファンは、以下の説明において記載されるように、ハウジングから分離可能及び/又は交換可能であるカートリッジを構築するのとは反対に、単一のユニットとして構成されてもよい。更に、カートリッジは、流体組成物を空気中に送達するための様々な装置と併用されてもよい。
マイクロ流体送達装置
図1〜図9を参照すると、マイクロ流体送達装置10は、ハウジング12と、ハウジング12と解放可能に接続可能であるカートリッジ26と、ファン32とを含み得る。マイクロ流体送達装置10は、上部分14と、下部分16と、上部分14と下部分16との間に延在し、かつこれらを接続している本体部分18とで構成され得る。
マイクロ流体送達装置10は、本体部分14が垂直壁に隣接するように、壁面コンセントに直接差し込むように構成され得る。又は、マイクロ流体送達装置は、マイクロ流体送達装置の下部分16をテーブル、カウンタートップ、デスクトップ、電化製品などの水平表面に静置するように、電源コード又は電池と共に構成され得る。
ハウジング12は、単一の構成要素から構築され得るか、又はハウジング12を形成するように接続される多数の構成要素を有し得る。ハウジング12は、内部21及び外部23によって画定され得る。ハウジング12は、カートリッジ26及びファン32を少なくとも部分的に収容及び/又はそれらと接続し得る。
カートリッジ26は、部分的又は実質的にハウジング12内に収容され得るか、又はカートリッジ26は、部分的又は実質的にハウジングの外部23に配設及び/又は接続され得る。例えば、図1及び図2を参照すると、カートリッジ26は、ハウジング12内に少なくとも部分的に配設され、かつそれと接続され得る。しかしながら、他の構成では、カートリッジ26の少なくとも一部分が、ハウジング23の外部に配設され、かつそれと接続され得る。カートリッジは、様々な方法でハウジングと接続することができる。例えば、カートリッジは、様々なコネクタタイプを使用してハウジング12と摺動可能又は回転可能に接続され得る。コネクタは、ばね荷重コネクタ、圧縮コネクタ、スナップコネクタ、又は様々な他のコネクタであり得る。
カートリッジ26がハウジングの内部21内に少なくとも部分的に配設された構成において、ハウジングは、カートリッジ26を挿入する及び取り出すための開口部を通してハウジング12の内部へのアクセスを提供するために開閉する、例示するだけの目的で図3に示されるようなカバー30を含み得る。カバーは、様々な異なる方法で構成され得る。カバーは、ハウジング12の内部21内の加圧空気がカバー30とハウジングとの間のいかなる間隙からも漏出しないように、ハウジング12の残部との実質的に気密な接続を形成し得る。ハウジング12はまた、カバー30のない開口部31も含み得る。
マイクロ流体送達装置10は、電源と電気通信するように構成される。電源は、電力をマイクロ流体ダイ92に提供する。図1〜図4を参照すると、ハウジング12上の電気的接触48は、カートリッジ26の電気的接触74と接続する。図4を参照すると、使い捨て式電池又は充電式電池などの電源は、ハウジング12の内部21内に位置決めされ得る。又は、図2を参照すると、電源は、ハウジング12と接続された電気プラグ62と接続する電気コンセントなどの外部電源であり得る。マイクロ流体送達装置は、コンパクトで、容易に携帯できるように構成され得る。したがって、電源は充電式又は使い捨て式電池を含み得る。マイクロ流体送達装置は、9ボルト電池、「A」、「AA」、「AAA」、「C」、及び「D」電池などの従来式の乾電池、ボタン電池、時計用電池、太陽電池、並びに再充電ベース部を備える充電式電池などの電源と併用することが可能であり得る。ハウジング12は、ハウジング12の外部23上に電源スイッチを含み得る。
カートリッジ
カートリッジは、様々な異なる方法で構成され得る。図2、図4、図7、及び図8を参照すると、カートリッジ26は、流体組成物52を収容するためのリザーバ50と、リザーバ50と流体連通しているマイクロ流体ダイ92と、ハウジング12の電気接点48と接続して、電力及び制御信号をマイクロ流体ダイ92に送達する電気接点74と、を備える。カートリッジ26は、垂直軸Yと、水平軸Xとを有し得る。
リザーバ50は、上面51と、上面51に対向する底面53と、上面51及び底面53と接続され、かつそれらの間に延在する少なくとも1つの側壁61で構成され得る。リザーバ50は、内部59及び外部57を画定し得る。リザーバ50は、通気孔93と、流体出口90とを含み得る。リザーバ50は、上面51、底面53、及び少なくとも1つの側壁61を有するように示されているが、リザーバ50は、種々の異なる方法で構成され得ることを認識されたい。
上面51、底面53、及び側壁61を含むリザーバ50は、単一の要素として構成され得るか、又は共に接合された別個の要素として構成され得る。例えば、上面51又は底面53は、リザーバ50の残部とは別個の要素として構成され得る。
図1及び図2を参照すると、カートリッジ26は、流体組成物がリザーバ50からマイクロ流体ダイ92まで上方へ進行するように構成され得る。このような構成において、流体組成物は、第1の方向に上方へ空気中に分注され得る。
図3及び図4を参照すると、マイクロ流体ダイ92は、流体組成物が重力又は重力及び毛細管力を使用してマイクロ流体ダイまで下方へ流れるように配設され、一方で、水平に対して実質的に上方向へ流体組成物を分注するようにも構成される。例えば、ダイ92は、リザーバ50の底面53又は側壁61の延在部に配設され得る。マイクロ流体ダイ92は、側壁61の延在部54に配設され得る。側壁61の延在部54は、側壁61の残部を超えて外方へ水平に突出し得る。マイクロ流体ダイ92が側壁61又は側壁61の延在部54に配設される場合、マイクロ流体ダイ92は、マイクロ流体ダイ92のノズルが水平に対して上方分注方向を有するように、カートリッジ3 26の内部59から、かつリザーバ50の底面53に対して鋭角θに配設され得る。
図1〜6を参照すると、流体組成物は、マイクロ流体ダイ92を出て、マイクロ流体ダイ92に隣接して配設された流体組成物出口19を通って進行し得る。流体組成物出口19は、カートリッジ26内に、又はハウジング12内に配設され得る。しかしながら、いくつかの構成において、流体組成物は、流体組成物出口を通過することなく、マイクロ流体ダイを出て、空気中に直接進行し得ることを認識されたい。
リザーバ50は、約5ミリリットル(mL)〜約100mL、代替的に約10mL〜約50mL、代替的に約15mL〜約30mLの流体組成物を収容するように構成され得る。カートリッジ26を、複数のリザーバを有して、各リザーバが同じ又は異なる流体組成物を含むように構成してもよい。
リザーバは、ガラス、プラスチック、金属などの流体組成物を収容するのに好適な任意の材料から製造され得る。リザーバは、透明、半透明、若しくは不透明、又はこれらの任意の組み合わせであってよい。例えば、リザーバ内の流体組成物のレベルの透明表示器を用いた場合、リザーバは不透明であってもよい。
毛細管要素
図2、図6、図7、及び図8を参照すると、カートリッジ26は、毛細管作用、ウィッキング、拡散、吸引、サイフォン、真空、又は他の機構を使用して、流体組成物を重力と反対の上方へマイクロ流体ダイ92まで送達することができる、毛細管又はウィックの形態の毛細管要素80を含み得る。
毛細管要素は、流体組成物をリザーバからマイクロ流体送達部材まで引き上げる毛細管路を形成する複数の相互接続した連続気泡を含む、金属若しくは織物メッシュ、スポンジ、又は繊維質若しくは多孔質ウィックの形態であり得る。流体輸送部材に好適な組成物の非限定的な例には、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン(polyethelene)、ナイロン6、ポリプロピレン、ポリエステル繊維、エチルビニルアセテート、ポリエーテルスルホン、ポリビニリデンフルオリド、及びポリエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。多くの従来式のインクジェットカートリッジは、時間と共に(例えば、2か月又は3か月後に)香料混合物と不相溶になり得、かつ分解し得る連続気泡ポリウレタン発泡体を使用する。流体輸送部材80は、ポリウレタン発泡体を含まなくてよい。
毛細管要素80は、香料混合物の香気を封じ込めるのを補助するための高密度のウィック組成物であってもよい。流体輸送部材は、高密度ポリエチレン又はポリエステル繊維から選択されるプラスチック材料から製造され得る。本明細書で使用するとき、高密度ウィック組成物には、約20マイクロメートル〜約200マイクロメートル、代替的に約30マイクロメートル〜約150マイクロメートル、代替的に約30マイクロメートル〜約125マイクロメートル、代替的に約40マイクロメートル〜約100マイクロメートルの範囲の孔半径又は相当する孔半径(例えば、繊維系ウィックの場合)を有する、任意の従来のウィック材料が挙げられる。
製造材料にかかわらず、ウィッキング材料が使用される場合、毛細管要素80は、約10マイクロメートル〜約500マイクロメートル、代替的に約50マイクロメートル〜約150マイクロメートル、代替的に約70マイクロメートルの平均孔径を示し得る。流体輸送部材のうちの構造組成物によって占められていない割合として表されるウィックの平均孔容積は、約15%〜約85%、代替的に約25%〜約50%である。約38%の平均細孔容積を有するウィックで良好な結果が得られている。
毛細管要素80は、リザーバ50からマイクロ流体送達部材64に流体組成物を送達することが可能な任意の形状であり得る。毛細管要素80は、リザーバ50よりも著しく小さい直径などの幅寸法を有しているが、流体輸送部材80の直径は、より大きくてもよく、かつリザーバ50を実質的に満たし得ることを認識されたい。流体輸送部材80はまた、例えば、約1mm〜約100mm、又は約5mm〜約75mm、又は約10mm〜約50mmなどの様々な長さであってもよい。
毛細管要素80が毛細管の形態である場合、毛細管は、様々な異なる材料、形状、及び寸法で構成され得る。
図3及び図4を参照すると、毛細管要素80は、スポンジの形態であり得る。スポンジは、ダイ92が発射されて流体組成物を放出するまで、リザーバ内の流体組成物を保持することができる。スポンジは、ダイが発射されていないときに流体組成物がダイ92から漏出するのを防止するために背圧を作り出すのを補助し得る。流体組成物は、流体に作用する重力と毛細管力との組み合わせによって、スポンジを通って、ダイまで進行し得る。
スポンジは、金属若しくは織物メッシュ、連続気泡ポリマー発泡体、又は液体通路を形成する多数の相互接続した連続気泡を含む繊維状若しくは多孔質ウィックの形態であり得る。スポンジ材料は、香料組成物に適合するように選択され得る。
スポンジは、約10マイクロメートル〜約500マイクロメートル、代替的に約50マイクロメートル〜約150マイクロメートル、代替的に約70マイクロメートルの平均孔径を示し得る。構造組成物によって占有されていないスポンジの割合として表されるスポンジの平均細孔容積は、約15%〜約85%、代替的に約25%〜約50%である。
スポンジの平均細孔サイズ及びその表面特性を組み合わせて、ダイ92内のマイクロ流体チャネルによって作り出される毛細管圧と釣り合った毛細管圧を提供する。これらの圧力が釣り合っているときに、流体組成物は、ノズルプレート132を濡らす傾向により、又は重力の影響により、ダイ92を出ることが防止される。
空気流
図1〜図4及び図6を参照すると、マイクロ流体送達装置10は、流体組成物を空気中に分散させるのを補助するために、ファン32を含み得る。ファン32はまた、マイクロ流体ダイ92から流体組成物が分注される第1の方向から第2の方向へ流体組成物を再方向付けすることも補助し得る。例えば、ファン32は、壁若しくは表面から離れて、及び/又は特定の空間に向かって流体組成物を再方向付けするために使用され得る。流体組成物を壁又は表面から離れて、かつ上方へ空気中に再方向付けすることによって、流体組成物を空間の全体にわたってより良好に分散させることができ、かつ近隣の表面へのより大きい滴の堆積を最小にすることができる。ダイから分注される流体組成物を再方向付けするために、流体組成物を第1の流路に分注することができ、ファンからの空気流は、第1の流路と合流する第2の流路を進行するように構成され得る。
ファン32は、空気をハウジング12の外へ、かつ空気中に方向付けるように構成され得る。ファン32は、空気が空気流チャネル34を通り、空気出口28から略上方向に出るよう方向付けるように構成され得る。マイクロ流体ダイ92を出る流体組成物及びファン32が発生させる空気流は、空気流チャネル34内で、又は空気流が空気出口28を出た後に、のいずれかで混合し得る。
流体組成物を再方向付けするために、空気流は、空気流と流体組成物とが合流する地点における流体組成物の流れの運動量よりも大きい運動量を有し得る。
マイクロ流体送達装置10は、ハウジング12の外部23からファン32の中へ吸い込まれる空気を受け入れることができる、1つ以上の空気入口27を含み得る。空気入口(複数可)27は、ファン32の上流に位置付けられ得るか、又はファン32は、空気入口27と接続され得る。上で論じたように、マイクロ流体送達装置10は、1つ以上の空気出口28を含み得る。空気出口(複数可)28は、ファン32の下流に位置付けられ得る。参考のために、及び本明細書で使用される場合、空気流は、空気流チャネル34を通って上流から下流へ進行する。ファン32は、空気入口(複数可)27からハウジング12の中へ空気を引き込み、空気を、空気流チャネル34を通して、空気出口(複数可)28の外へ方向付ける。空気入口(複数可)27及び空気出口(複数可)28は、所望の空気流状態に基づいて、様々な異なる寸法を有し得る。
ファン32は、ハウジング12の内部21内に少なくとも部分的に配設され得るか、又はファン32は、ハウジング12の外部23に配設され得る。様々な異なる種類のファンが使用され得る。例示的なファン32としては、乱流低減スクリーンなどの流れの制限物が空気流チャネル内に配置されていない構成において、毎分約10〜約50リットル(L/分)、又は約15L/分〜約25L/分の空気を送達する能力を有する、5V、25×25×8mmのDC軸流ファン(EBMPAPSTからのシリーズ250、タイプ255N)が挙げられる。そのような流れの制限物を含む構成では、空気流容量は、約1L/分〜約5L/分などと、大幅に少なくなり得る。
流体組成物と合流する空気流の平均速度は、流体組成物の進行方向を変えるために利用可能な流量チャネルの寸法に制約され得る。流体組成物が空気流チャネル34を通って進行する構成において、平均空気流速度、チャネルの寸法、及び流体組成物の滴のサイズは、流体組成物の滴が空気流に進入し、空力抗力を通して減速及び方向の変更を同時に行って、空気流チャネル34内の空気流に続くように調整され得る。例えば、空気流チャネル34内の平均空気流速度が高過ぎる場合、マイクロ流体ダイ92を出る流体組成物は、空気流チャネル34の流れに平行になり、よって、流体組成物は、空気流チャネルの表面の極めて近くを、又はそれに隣接して進行する。この場合、小さい乱流渦であっても、滴を空気流チャネルの表面と衝突させ、そこに堆積させ得る。本明細書で使用される場合、空気流ストリームが空気流チャネルの表面近くではより低い速度を有し、空気流ストリームの中心ではより高い速度を有するので、空気流の「平均速度」は、空気流ストリーム全体にわたる速度の平均である。同様に、本明細書で使用される場合、「平均運動量」は、空気流ストリーム全体にわたる運動量の平均である。
運動量は、三次元空間の3つの方向における物体の運動量を提示する三次元ベクトルである。以下の式によれば、運動量は、物体の質量及び物体の速度の関数である。
p=mv、
式中、vは、各方向における物体の運動速度を与える三次元速度ベクトルであり、mは、物体の質量である。運動量は、流体組成物の滴
Figure 2020515347
及び空気流
Figure 2020515347
の両方の方向及び大きさを与えるベクトルである。流体組成物の滴及び空気流の運動量が同じ方向でない限り、流体組成物の方向を変えることができる。空気流によって生じる流体組成物の方向の変化の程度は、空気流及び流量組成物の運動量の大きさ、並びにそれらの間の角度に依存する。空気流の運動量の垂直成分が、流体組成物の運動量の垂直成分よりも高く、かつ上方向である場合、流体組成物の方向が変わり、上方へ移動する。
流体組成物を上方向に押すために、空気流の揚抗力Fは、滴の重力Fよりも大きくなければならない。流体組成物を水平に分注するために、空気の揚抗力は、以下の式によって定義される。
=6πμusin(θ)a
式中、aは、滴の半径であり、θは、水平方向に対する出口空気流の角度であり、μは、抗力を作り出す空気粘性であり、uは、空気流速度の大きさであり、ρは、流体組成物の密度であり、ρは、空気密度である。下方へ垂直に分注するために、空気の揚抗力は、以下の式によって定義される。
=6πμ(usin(θ)−u)a
式中、uは、滴の下降速度である。
流体組成物が垂直下方向から任意の角度φで分注される場合、空気の揚抗力は、以下の式によって定義される。
=6πμ(usin(θ)−ucos(φ))a
滴の重力は、以下の式によって定義される。
Figure 2020515347
>Fである場合、流体組成物は、上方へ流れ得る。
1つの例示的な構成において、流体組成物は、約80mmの断面積を有する空気流チャネル、及び約1.0m/s〜約4.0m/sの範囲の平均空気流速度によって、6メートル/秒(「m/s」)の平均速度で8pLの容量を有する滴として分注され得る。
流体組成物が水平に方向付けられ、かつ進行方向を変えなければならない角度が小さい(例えば、約20〜45度)構成において、平均空気流速度は、極めて高くなり得る(例えば、約5〜15m/s)。例示のみを目的とする図3及び図4に示されるようなこの構成において、滴は、非常に短いチャネル内を進行するか、又はディスペンサ外部だけを進行し得るので、空気流チャネルの壁への堆積は懸念されない。この構成における空気流速度は、ディスペンサ内の堆積が速度の上限に制約を課さないので、環境内での滴の分散を最大にするために、より高い速度になるように指定され得る。
空気流チャネル34は、マイクロ流体送達装置の少なくとも2つの表面の間に形成され得、かつファン32から空気出口28まで延在し得る。空気流チャネル34を形成する表面は、ファン32及び空気出口28を除いて空気流チャネル34を完全に又は実質的に取り囲み得る。空気流チャネル34は、マイクロ流体送達装置10の少なくとも第1の表面38及びマイクロ流体送達装置10の第2の表面39から形成され得る。ハウジングの第1の表面及び/又は第2の表面は、ハウジング12若しくはカートリッジ26の、又はその両方の一部であり得る。装置及び特に空気流チャネル34が、図1〜図6に示されるように例示されているが、空気流チャネル34及び空気流チャネル34を形成する表面は、空気流の流路、平均速度、乱気流、及び任意の他のパラメータを調節し、一方で、最終的には流体組成物を略上方向に再方向付けすることができる空気流を送達するために、様々な異なる方法で構成され得ることを認識されたい。
空気流チャネル34は、ファン32に隣接して配設された第1の領域35と、空気出口28に隣接して配設された第2の領域36と、第1の端部領域35と第2の端部領域36との間に延在している第3の領域37とを有し得る。空気流チャネル34がマイクロ流体送達装置10内で水平に配置されている構成において、少なくとも空気流チャネル34の第2の領域36は、上方へ、空気出口28に向かって、かつ水平に対して角度付けされ得る。空気流チャネル34の角度付き部分は、カートリッジ26の外部の視点から、水平から角度θを形成し得る。水平位置に対する空気流チャネルの第2の領域36の角度θを、例示の目的で図4に示す。第3の領域37及び/又は第1の領域35は、上方へも角度付けされ得る。上面38及び/又は下面39は、少なくとも第2の領域36において空気流チャネル34を上方へ角度付けするために、空気出口28に向かって上方へ角度付けされ得る。その結果、空気流チャネル34を出る空気は、水平に対して実質的に上方向に流れている。角度θは、0°〜90°であり得る。
図4に示される空気流チャネル34は、水平に向けられているが、空気流チャネル34は、垂直に向けられ得るか、又はある角度に向けられ得ることを認識されたい。図6及び図8を参照すると、空気流チャネル34は、垂直に配置され得る。空気流チャネル34は、カートリッジ26の少なくとも一部分を取り囲み得る。
図1〜図9を参照すると、空気流チャネル34及び空気出口28の構成は、空気流の平均空気速度、平均運動量、及び方向に影響を及ぼし得る。具体的には、空気流チャネル34及び空気出口28の形状、向き、及び寸法は、マイクロ流体送達装置10によって得られる空気流の平均速度、平均運動量、及び方向に影響を及ぼし得る。マイクロ流体送達装置によって達成可能である空気流の平均速度を最大にするために、空気流チャネル34内及び空気出口28において作り出される背圧を制限することが望ましくあり得る。背圧はまた、空気中における流体組成物の分注を妨げ得る乱気流又は渦も生じさせる。その結果、空気流チャネル34及び空気出口28の表面が、平滑な移行を含み、かつ空気流の乱流又は渦を誘発し得る急激な転向を最小にすることが望ましくなり得る。上で論じたように、空気流チャネル34、空気出口28、及びファン32は、流体組成物の方向を変えるために、空気流及び流体組成物を合流させるときに流体組成物の運動量よりも大きい平均空気流運動量を生成するように設計され得る。
空気出口28の断面及び空気出口28の向きは、空気流が流体組成物に与える衝撃に影響を及ぼし得る。1つの観点において、空気出口28の断面の寸法及び形状は、平均空気速度、及び空気流によって再方向付けされる流体組成物の割合に影響を及ぼし得る。1つの設計考慮事項は、空気流の大部分が流体組成物に接触するように、空気出口28の断面の向きを最適化することであり得る。図3及び図4を参照すると、空気出口28は、円形状の断面積を有し得、空気出口28の断面積は、空気流が流体組成物に与える衝撃を最大にするために、ダイ92の表面積よりも大きくなり得る。換言すれば、流体組成物は、空気流の大部分が流体組成物と直接接触するときに、より垂直上方へ方向付けられ得る。
空気出口28の断面積は、様々な異なる形状で構成され得る。空気出口28の断面積の形状は、丸みのある形状、円形、楕円形、涙滴形、三角形、正方形、長方形、又は任意の他の形状であり得る。空気流と流体組成物との接触を最大にするために、より大きい断面積を、流体を移動させるために望ましい方向に配設するべきである。空気出口28の断面積の、円形(図3及び図4に例示されるものなど)、垂直の向きの長方形、垂直の向きの楕円形、又は涙滴形状は、流体組成物に接触する空気流の量を最大にし得る。
別の設計考慮事項は、空気出口28及びその近くの空気流チャネル34の角度である。空気流チャネルの角度付き部分と水平との間の角度θが大きくなるにつれて、空気流は、流体組成物を更に垂直上方に方向付ける可能性があり得る。他方では、空気流チャネル34の角度が小さく、又は急でなくなるにつれて、空気流は、流体組成物をあまり垂直上方に方向付けない可能性があり得る。したがって、空気流と合流させた後の流体組成物の進行経路は、空気出口28近くの空気流チャネル34の角度、空気出口28の断面積の形状及び寸法の影響を受ける。
上で論じたように、空気流及び流体組成物は、空気流が空気出口28を出た後に合流することができる。そのような構成において、及び図3〜図4を参照すると、空気流チャネル34は、空気出口28がマイクロ流体ダイ92及び/又は流体組成物出口19に隣接して配設されるように位置付けられ得る。そのような構成において、空気流は、空気出口を出て、空気流がマイクロ流体ダイ92から分注された流体組成物と合流する前に、上方向に進行する。合流した時点で、流体組成物は、水平に対して略上方向に再方向付けされる。
同じく上で論じたように、空気流及び流体組成物は、空気流チャネル34内で合流することができる。特に、図5及び図6を参照すると、マイクロ流体ダイ92は、流体組成物を下方へ空気流チャネル34の中へ分注するように構成され得る。そのような構成において、空気流チャネル34内の空気流は、流体組成物を空気流チャネル34から空気出口の外へ方向付ける。そのような構成において、空気流及び流体組成物の混合ストリームは、空気出口28を出て水平に対して略上方向に進行する。
空気流チャネル34は、様々な異なる寸法を有し得る。例えば、空気流チャネル34は、チャネル長L、チャネル幅W、及びチャネル高さHによって画定され得る。チャネル長Lは、図3及び図4を参照すると、主に、約10mm〜約30mmであり得るカートリッジ26の厚さによって決定され得る。チャネル幅Wは、約5mm〜約50mmであり得る。チャネル高さHは、上で論じたように最小の堆積を伴うチャネル34を通して滴を方向付ける空気力学的要件によって決定され得、かつ約10mm〜約25mmであり得る。空気流チャネルの断面積は、チャネル幅W及びチャネル高さHの寸法を使用して計算される。空気流チャネル34の断面積は、約40mm〜約150mmの範囲、代替的に約60mm〜約100mmであり得る。
空気流は、流体組成物の空気中への方向を正確に制御するために、薄層状であること、かつ乱流又は渦を伴わないことが望ましくあり得る。これは 例えば、流体組成物を、空気出口に到達する前に、空気流チャネル34内をある距離にわたって進行させなければならないときに特に有用である。過剰な乱流又は渦は、滴を空気流の中心から空気流チャネルの表面に移動させ、ディスペンサ内の堆積をもたらし得る。層流もまた、部屋又は空間全体にわたる流体組成物の分散を向上させ得る。更に、流体組成物が空気流チャネル34の中へ分注される構成において、層流は、空気流チャネル34の表面への流体組成物の堆積を最小にし得る。空気流チャネルを形成する表面は、空気流チャネルの全体にわたる層流を最大にするように構成され得る。
マイクロ流体送達装置10は、少なくとも2つの構成で動作するように構成することができ、第1の構成において、空気流は、空気出口28を通って第1の方向に、及び少なくとも第2の構成に方向付けられ、第2の構成において、空気流は、空気出口28を通って第1の方向と異なる第2の方向に方向付けられる。マイクロ流体送達装置10は、少なくとも2つ、又は少なくとも3つ、又は少なくとも4つの構成で構成可能であり得、各構成において、空気流は、空気出口28を通して異なる方向に方向付けられる。その結果、マイクロ流体送達装置10は、空気流の方向を、及び最終的には流体組成物が空気中を流れる方向を制御するために、ユーザによって調節可能とすることができる。そのようなマイクロ流体送達装置は、装置が様々な表面及び/又は壁に配置可能である場合に、並びに流体組成物の分散を最大にし、及び/又は近くの表面若しくは壁への流体組成物の堆積を最小にする空気流及び流体組成物の方向付けが存在する場合に有用であり得る。
例えば、マイクロ流体送達装置10は、1つ以上の空気流チャネル34を含み得る。図5及び図6を参照すると、マイクロ流体送達装置10は、第1の空気流チャネル34a及び第2の空気流チャネル34bとして例示される、少なくとも2つの空気流チャネルを含み得る。空気流チャネル34は、空気が空気流チャネルを通って進行することをブロックする、1つ以上の空気流カバー33を含み得る。その結果、マイクロ流体送達装置10は、ファン32からの空気流の方向を制御するために、1つ以上の構成で構成され得る。例えば、図6を参照すると、空気流チャネル34aは、ファン32と流体連通することができ、同時に、空気流チャネル34bは、空気流カバー33によってブロックされて、空気が空気流チャネル34bを通って進行することを防止することができる。空気流カバー33は、どの空気流チャネルに空気を流れさせるのかを選択するために、ユーザによって調節可能であり得る。例示のみを目的とする図5及び図6に示されるような構成において、マイクロ流体送達装置は、空気流カバーの位置を変えるユーザ制御要素を含み得る。ユーザ制御要素は、ダイヤル、ボタン、スライド、同様の機能を有する要素、及びこれらの組み合わせであり得る。
別の例として、マイクロ流体送達装置10は、調節可能なノズルを含み得る。空気流カバーの代わりに、又はそれに加えて、調節可能なノズル43が使用され得る。図7〜図9を参照すると、調節可能なノズル43は、水平又は垂直からある角度で、マイクロ流体送達装置10から空気流、又は空気流及び流体組成物を方向付け得る。調節可能なノズル43は、ユーザによって調節可能であり得る。調節可能なノズル43は、図8及び図9において、空気流が空気出口28から方向付けられる方向を調節するために、回転可能であるように示されている。しかしながら、調節可能なノズルは、摺動可能であること、空気流を異なる方向に方向付ける第2のノズルと交換可能であること、又は、空気流を異なる方向に方向付け可能であるようにノズルを再配置することを可能にする様々な他の方法で移動可能であること、が挙げられるが、これらに限定されない、様々な異なる方法で調節するように構成され得ることを認識されたい。調節可能なノズル43は、カートリッジの構成及びマイクロ流体送達装置10の残りの要素に応じて、様々な方法及びハウジング12上の場所で、マイクロ流体送達装置10のハウジング12と接続可能であり得る。
調節可能なノズル43は、空気の流れのみを制御するように構成され得るか、又は空気及び流体組成物の流れの組み合わせを制御するように構成され得る。例えば、図7〜図9に示される構成は、調節可能なノズル43を通って出る前に、空気流及び流体組成物を組み合わせることを示しているが、調節可能なノズル43が空気流のみを受容し得ること、及び流体組成物が調節可能なノズル43とは別個の流体組成物出口19を通して分注され得ることを認識されたい。
マイクロ流体送達装置10の空気流チャネル34は、カートリッジ26又はハウジング12と接続して、その一部分を形成し得る。空気流チャネル34は、リザーバ50の底面57に隣接し得る。空気流チャネル34は、リザーバ50と恒久的に取り付けられた、独立した構成要素であり得るか、又は空気流チャネル34は、リザーバ50を有する単一の構成要素として成型され得る。例えば、空気流チャネル34を形成する上面38は、リザーバ50の底面53の一部分であり得、下面39は、リザーバの側壁の一部分に沿ってそれと接続された別個の壁として構成され得る。
マイクロ流体送達部材
図12〜図23を参照すると、マイクロ流体送達装置10は、インクジェットプリントヘッドシステムの態様、より具体的には、サーマル又はピエゾインクジェットプリントヘッドの態様を利用する、マイクロ流体送達部材64を含み得る。マイクロ流体送達部材64は、カートリッジ26の底面53及び/又は側壁61と接続され得る。
本開示は、本開示のマイクロ流体送達装置10を、サーマル又はピエゾインクジェットプリントヘッド型システムと組み合わせて使用することについて論じているが、本開示の態様はまた、複数のノズルを有する超音波ピエゾシステム、及び超音波浴噴霧化器などの、他の液滴噴霧化装置とも組み合わせ可能であることを認識されたい。
「ドロップオンデマンド」インクジェット印刷プロセスでは、流体組成物は、急速圧力インパルスにより微小液滴の形態で、直径が一般に約5〜50マイクロメートル又は約10〜約40マイクロメートルの極小オリフィスを通して排出される。急速圧力インパルスは、典型的に、高周波で振動する圧電結晶の伸張、又は急速加熱サイクルによるインク内での揮発性組成物(例えば、溶媒、水、噴射剤)の揮発のいずれかにより、印刷ヘッドで生成される。サーマルインクジェットプリンタは、印刷ヘッド内の加熱要素を使用して、オリフィスノズルを介して流体組成物の第2の部分を押し出す組成物の一部を揮発させ、加熱要素のオン/オフサイクル数に比例して液滴を形成する。この流体組成物は、必要なときにノズルから押し出される。従来のインクジェットプリンタは、米国特許第3,465,350号及び同第3,465,351号により具体的に記載されている。
マイクロ流体送達部材64は、マイクロ流体送達装置の電源と電気通信することができ、リザーバ50と流体連通しているプリント回路基板(「PCB」)106及びマイクロ流体ダイ92を含み得る。
PCB106は、例示のみを目的とする図12及び図13に示されるものなどの硬質で平面的な回路基板、可撓性PCB、又は例示のみを目的とする図14及び図15に示されるものなどの半可撓性PCBであってよい。図14及び図15に示す半可撓性PCBは、ガラス繊維−エポキシ複合物を含んでもよく、これは部分的に機械加工され、PCB106の一部分を曲げることを可能にする。圧延部分は、厚さ約0.2ミリメートルに圧延されてもよい。PCB106は、上面68及び下面70を有する。
PCB106は、従来の構造からなってもよい。PCB106は、セラミック基材を備え得る。PCB106は、ガラス繊維−エポキシ複合材料基材、並びに上面及び底面上に導電性金属、通常は銅からなる層を備え得る。導電層は、エッチングプロセスによって導電路に配置される。導電路は、はんだマスク層と称されることが多い光硬化性ポリマー層によって、基板の大部分の領域で機械的損傷及び他の環境影響から保護される。液体流路及びワイヤボンド取付けパッドなどの選択された領域では、導電性銅経路は、金などの不活性金属層によって保護される。他の材料の選択肢は、スズ、銀、又は他の低反応性で高導電性の金属であり得る。
再び図12〜図16を参照すると、PCB106は、全ての電気的接続、すなわち接点74、トレース75、及び接触パッド112を含み得る。接点74及び接触パッド112は、図12〜図16に示されるようにPCB106の同じ側に配設されてもよく、又はPCBの異なる面上に配設されてもよい。
図12及び図13を参照すると、マイクロ流体ダイ92及び接点74は平行面上に配設されてもよい。これにより、単純な硬質のPCB106構造体がもたらされる。接点74及びマイクロ流体ダイ92は、PCB106の同じ側に配設されてもよく、又はPCB106の両側に配設されてもよい。
続けて図12〜図16を参照すると、PCB106は、第1の端部にある電気接点74と、マイクロ流体ダイ92に近接した第2の端部にある接触パッド112とを含み得る。図14は、接触パッド112から電気接点まで延在し、かつはんだマスク又は別の誘電体層によって被覆された電気トレース75を例示する。マイクロ流体ダイ92からPCB106に至る電気接続は、ワイヤボンディングプロセスによって確立されてもよく、ここで、金又はアルミニウムからなり得る細いワイヤが、ケイ素マイクロ流体ダイ上の接着パッドに、そして基板上の対応する接着パッドに熱的に取り付けられる。繊細な接続部を機械的損傷及び他の環境影響から保護するために、カプセル材料116、通常はエポキシ化合物がワイヤ接着領域に塗布される。
図13及び図16を参照すると、マイクロ流体送達部材64は、フィルタ96を含み得る。フィルタ96は、PCB106の下面70上に配設してもよい。フィルタ96は、マイクロ流体ダイ92のノズル130を目詰まりさせるのを防ぐために、粒子のうちの少なくとも一部が開口部78を通過するのを防止するように構成され得る。フィルタ96は、ノズル130の直径の3分の1よりも大きな粒子をブロックするように構成され得る。フィルタ96は、ステンレス鋼のメッシュであり得る。フィルタ96は、ポリプロピレン、又はケイ素ベースのランダム編まれたメッシュであってもよい。
図13及び図16を参照すると、フィルタ96は、リザーバ50内の流体組成物によって容易に分解されることのない接着材料を用いて底面に取り付けられてもよい。接着剤は、熱的に又は紫外線で活性化されてもよい。フィルタ96は、機械的スペーサ98によってマイクロ流体送達部材64の底面から分離される。機械的スペーサ98は、マイクロ流体送達部材64の底面70と、開口部78に近接したフィルタ96との間に間隙を生じさせる。機械的スペーサ98は、硬質な支持体であっても、フィルタ96とマイクロ流体送達部材64との間の形状に適合する接着剤であってもよい。その点では、フィルタ96の出口は、開口部78の直径よりも大きく、かつ開口部78からオフセットされているため、機械的スペーサ98なしでフィルタがマイクロ流体送達部材64の底面70に直接取り付けられる場合と比べて、フィルタ96のより大きな表面積が流体組成物をろ過することができる。機械的スペーサ98は、フィルタ96を通る適切な流量を実現することを理解されたい。つまり、フィルタ96が粒子を集積するとき、フィルタが、フィルタを通じて流れる流体を減速させることがない。フィルタ96の出口は約4mm以上であり、スタンドオフは厚さ約700マイクロメートルであってよい。
開口部78は、図16に例示されるように楕円形として形成されてもよい。しかしながら、用途に応じて他の形状が想到される。楕円形は、約1.5mmの第1の直径、及び約700マイクロメートルの第2の直径からなる寸法を有し得る。開口部78は、PCB106の側壁102を露出させる。PCB106がFR4のPCBである場合は、開口部によって繊維束が露出される。これらの側壁は流体組成物の影響を受けやすいため、これらの側壁を被覆及び保護するためにライナ100を含ませる。流体組成物が側壁内に進入した場合、PCB106は変質し始めて、本製品の寿命が短縮される場合がある。
図16〜図23を参照すると、PCB106は、ダイ92を担持し得る。マイクロ流体ダイ92は、薄膜蒸着、表面不活性化、エッチング、スピニング、スパッタリング、マスキング、エピタキシ成長、ウェハ/ウェハボンディング、微細薄膜積層、硬化、ダイシングなどの半導体マイクロ加工プロセスを用いて製造された流体射出システムを備える。これらのプロセスは、当該技術分野において、MEM装置を製造するものとして知られている。マイクロ流体ダイ92は、ケイ素、ガラス、又はこれらの混合物から作製され得る。図20及び図21を参照すると、マイクロ流体ダイ92は、複数のマイクロ流体チャンバ128を備え、その各々が対応する作動要素、つまり加熱要素又は電気機械式のアクチュエータを備える。このように、マイクロ流体ダイの液体射出システムは、マイクロ熱核生成(例えば加熱要素)又はマイクロ機械作動(例えば薄膜圧電性)式となり得る。マイクロ流体送達部材のためのマイクロ流体ダイの1種は、STMicroelectronics S.R.I.(Geneva,Switzerland)に付与された米国特許出願第2010/0154790号に記載されるMEM技術により得られるノズル集積膜である。薄膜ピエゾの場合、圧電材料(例えばチタン酸鉛ジルコニウム)は、典型的にはスピニングプロセス及び/又はスパッタリングプロセスによって適用される。半導体マイクロ加工プロセスによって、1つ又は数千のMEMSデバイスを1つのバッチプロセス(バッチプロセスは複数のマスク層を含む)で同時に製造することが可能となる。
図16を参照すると、マイクロ流体ダイ92は開口部78の上方でPCB106の上部表面68に固定され得る。マイクロ流体ダイ92は、半導体マイクロ流体ダイを基板上に保持するように構成された任意の接着材料によって、PCB106の上面に固定され得る。
マイクロ流体ダイ92は、ケイ素基材、導電層、及びポリマー層を備え得る。ケイ素基材は、他の層のための支持構造体を形成し、これはマイクロ流体ダイの底部から上層へ流体組成物を送達するためのチャネルを含む。導電層は、ケイ素基材上に配設されて、高い導電性を有する電気トレース及びより低い導電性を有するヒータを形成する。ポリマー層は、通路、発射チャンバ、及びノズル130を形成し、ノズル130は液滴生成の幾何学的形状を画定する。
図16〜図19を参照すると、マイクロ流体ダイ92は、基材107と、複数の中間層109と、ノズルプレート132とを含む。ノズルプレート132は、外面133を含む。複数の中間層109は、基材とノズルプレート132との間に配置される誘電体層及びチャンバ層148を含む。ノズルプレート132は、約12マイクロメートル厚であり得る。
図16〜図18を参照すると、マイクロ流体ダイ92は、中間層109のうちの1つから回路PCB106上の接触パッド112へと下方に延在する複数の電気接続リード110を含む。少なくとも1つのリードが、単一の接触パッド112に結合する。マイクロ流体ダイ92の左及び右側の開口部150は、接続リード110が結合されている中間層109へのアクセスをもたらす。開口部150は、ノズルプレート132及びチャンバ層148を通過して、中間誘電体層109上に形成された接触パッド152を露出させる。マイクロ流体ダイ92の一方の側にのみ配置された1つの開口部150が存在し得、その結果、マイクロ流体ダイから延在するリードが全て一方の側から延在し、他方の側は、リードによって妨げられないままとなる。
図16及び図17を参照すると、ノズルプレート132は、約4〜100個のノズル130、約6〜80個のノズル、又は約8〜64個のノズルを含み得る。例示のみを目的として、ノズルプレート132を通して示される18個のノズル130が存在し、中心線の各側に9個のノズルがある。各ノズル130は、電気発射パルスごとに、約0.5〜約20ピコリットル、又は約1〜約10ピコリットル、又は約2〜約6ピコリットルの流体組成物を送達し得る。各ノズルから電気発射パルスごとに送達される流体組成物の容量は、画像を基に、ストロボ照明が液滴の生成に合わせて調整される液滴分析を用いて分析することができるが、その一例は、ImageXpert,Inc.(Nashua,NH)から入手可能なJetXpertシステムであり、液滴は、マイクロ流体ダイ上面から1〜3mmの距離で測定される。ノズル130は、約60um〜約110μmの間隔で配置してよい。20個のノズル130が3mmの領域内に存在し得る。ノズル130は、約5μm〜約40μm、又は10μm〜約30μm、又は約20μm〜約30μm、又は約13μm〜約25μmの直径を有してもよい。図18は、チャンバ層148が露出されるようにノズルプレート132を取り除いた、マイクロ流体ダイ92を上から見下ろした等角図である。
一般的に、ノズル130は、図20及び図21に示されるように、マイクロ流体ダイ92を通る流体供給チャネルに沿って位置付けられる。ノズル130は、上部開口部が下部開口部よりも小さくなるように、先細りの側壁を含んでもよい。ヒータは、ある長さの辺を有する正方形であってよい。一例では、上部の直径は、約13μm〜約18μmであり、下部の直径は、約15μm〜約20μmである。上部の直径が13μmであり、下部の直径が18μmであると、これにより、132.67μmの上部領域及び176.63μmの下部領域がもたらされる。下部の直径と上部の直径との比は、約1.3対1となる。加えて、ヒータの領域と上部の開口部の領域との比は、5対1超又は14対1超などの高いものとなる。
各ノズル130は、流体経路によってリザーバ50内の流体組成物と流体連通する。図8、図16、図20、及び図21を参照すると、リザーバ50からの流体経路は、PCB106の開口部78を通り、マイクロ流体ダイ92の入口94を通り、チャネル126を通り、次いで、チャンバ128を通り、そして、マイクロ流体ダイ92のノズル130から出る、貫通孔90を含む。
各ノズルチャンバ128に近接して、マイクロ流体ダイ92の接触パッド152のうちの1つによって提供される電気信号に電気的に結合され、この電気信号によって作動される加熱要素134(図19及び図22を参照)がある。図19を参照すると、各加熱要素134は、第1の接点154及び第2の接点156に結合されている。第1の接点154は、導電性トレース155によって、マイクロ流体ダイ上の接触パッド152のうちの対応の接触パッドに結合される。第2の接点156は、グランド線158に結合され、このグランド線は、マイクロ流体ダイの片側で第2の接点156の各々によって共有されている。マイクロ流体ダイの両側で接点によって共有される単一のグランド線のみが存在していてもよい。図19は、特徴の全てが単一層上にあるかのように図示されているが、これらは、いくつかの積み重ねられた誘電性及び導電性材料の層上に形成され得る。更に、図示される実施形態は、作動要素として加熱要素134を示しているが、マイクロ流体ダイ92は、流体組成物をマイクロ流体ダイから分注するために、各チャンバ128内に圧電アクチュエータを備えてもよい。
使用中、図18及び図21を参照すると、チャンバ128の各々の中の流体組成物が加熱要素134によって加熱されると、流体組成物は、気化して気泡を生成する。気泡を生成する膨張により流体組成物がノズル130から排出され、1つ以上の液滴のプルームを形成する。
図17及び図18を参照すると、基材107は、個々のチャンバ128と流体連通して流体経路の一部を形成するチャネル126に連結された入口経路94を含む。チャンバ128の上方には、複数のノズル130を含むノズルプレート132がある。各ノズル130は、チャンバ128のうちの対応する1つの上方にある。マイクロ流体ダイ92は、1つのチャンバ及びノズルを含む任意の数のチャンバ及びノズルを有してよい。例示のみを目的として、マイクロ流体ダイは、各々がそれぞれのノズルに関連付けられる18個のチャンバを含むものとして示される。代替的に、ダイは、10個のノズルと、5つのノズルの群に流体組成物を提供する2つのチャンバとを有してもよい。チャンバとノズルとの間に1対1の対応を有する必要はない。
図18に最も良く示されるように、チャンバ層148は、流体組成物をチャネル126からチャンバ128内に供給する角度付きの漏斗経路160を画定する。チャンバ層148は、中間層109の上面上に配置されている。チャンバ層は、チャネルと、各ノズル130に関連付けられる複数のチャンバ128との境界を画定する。チャンバ層は、金型内で個別に形成されてから基材に取り付けられてもよい。チャンバ層は、基材の上面上に層を蒸着、マスキング、及びエッチングすることによって形成されてもよい。
図18〜図21を参照すると、中間層109は、第1の誘電体層162と、第2の誘電体層164とを含む。第1及び第2の誘電体層は、ノズルプレートと基材との間にある。第1の誘電体層162は、基材上に形成された複数の第1の接点154及び第2の接点156を被覆し、各チャンバと関連付けられるヒータ134を被覆する。第2の誘電体層164は、導電性トレース155を被覆する。
図19を参照すると、第1及び第2の接点154、156は、基材107上に形成される。ヒータ134は、それぞれのヒータ組立体の第1の接点154及び第2の接点156と重なり合うように形成される。接点154、156は、第1の金属層又は他の導電性材料から形成され得る。ヒータ134は、第2の金属層又は他の導電性材料から形成され得る。ヒータ134は、第1の接点154と第2の接点156とを横方向に接続する薄膜抵抗器である。接点の上面上に直接形成される代わりに、ヒータ134は、ビアを介して接点154、156に結合されてもよく、又は接点の下方に形成されてもよい。
ヒータ134は、20ナノメートル厚のタンタルアルミニウム層であってもよい。ヒータ134は、各々が異なる百分率のクロム及びケイ素を有し、各々が10ナノメートル厚であるクロムケイ素フィルムを含んでもよい。ヒータ134のための他の材料としては、タンタル窒化ケイ素及びタングステン窒化ケイ素が挙げられ得る。ヒータ134はまた、30ナノメートルの窒化ケイ素のキャップを含んでもよい。ヒータ134は、複数の薄膜層を連続して堆積させることによって形成されてもよい。薄膜層の積層体は、個々の層の基本的特性を組み合わせる。
ヒータ134の面積とノズル130の面積との比は、7対1よりも大きくてもよい。ヒータ134は、各辺が長さ147を有する正方形であってもよい。長さは、47マイクロメートルであっても、51マイクロメートルであっても、又は71マイクロメートルであってもよい。これは、それぞれ2209、2601、又は5041平方マイクロメートルの面積を有することになる。ノズル直径が20マイクロメートルである場合、第2の端部における面積は314平方マイクロメートルとなり、それぞれおよそ7対1、8対1、又は16対1の比がもたらされる。
図23を参照すると、第1の接点154の長さを入口94に隣接して見ることができる。ビア151が、第1の接点154を、第1の誘電体層162上に形成されたトレース155に結合する。第2の誘電体層164は、トレース155上にある。ビア149が第2の誘電体層164を通して形成され、トレース155を接触パッド152に結合する。グランド線158の一部が、ダイの縁部163に向かってビア149と縁部163との間で視認可能である。
マイクロ流体ダイ92は、比較的単純で、複雑な集積回路を含まなくてもよい。このマイクロ流体ダイ92は、外部マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサによって制御及び駆動される。外部マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサは、ハウジング内に設けられてもよい。これは、PCB106及びマイクロ流体ダイ92を単純化し、費用対効率を高めることを可能にする。基材上に形成される2つの金属又は導電性レベルが存在し得る。これらの導電性レベルは、接点154と、トレース155とを含む。これらの特徴は全て、単一の金属レベル上に形成され得る。これは、マイクロ流体ダイの製造を簡単にすることを可能にし、ヒータとチャンバとの間の誘電体層の数を最小にする。
図16を参照すると、マイクロ流体送達部材64の開口部78は、PCB106の露出した側壁102を被覆するライナ100を含み得る。ライナ100は、基板の繊維が分離することを防止するなどして、流体組成物の存在が原因の分解からPCB106を保護するように構成された任意の材料であってよい。この点において、ライナ100は、PCB106からの粒子が流体経路に進入し、ノズル130を閉塞することを防ぎ得る。例えば、開口部78は、リザーバ内の流体組成物に対する反応性がPCB106の材料よりも低い材料で裏張りされてもよい。この点において、PCB106は、流体組成物がPCB106を通過するときに保護され得る。貫通孔は、金などの金属材料でコーティングされ得る。
センサ
マイクロ流体送達装置は、空気中の光、騒音、動き、及び/又は臭気レベルなどの環境的刺激に応答する市販のセンサを含み得る。例えば、マイクロ流体送達装置は、光を検知したときに電源が入る、及び/又は光を検知しないときに電源が切れるようにプログラムされ得る。別の例では、マイクロ流体送達装置は、センサがセンサの近くに移動する人を感知したときに電源を入れることができる。センサはまた、空気中の臭気レベルを監視するために使用され得る。臭気センサを使用して、必要なときに、マイクロ流体送達装置の電源を入れる、熱若しくはファンの速度を増加させる、及び/又はマイクロ流体送達装置からの流体組成物の送達を増大させることができる。
隣接する又は遠隔のデバイスからの香料の強度を測定し、動作条件を変更して他の香料デバイスと相乗的に働くようにするために、VOCセンサを使用してもよい。例えば、遠隔センサは、放出装置からの距離及び香料強度を検知し、続いて、室内充填を最大化するためにマイクロ流体送達装置をどこに配置すべきかに関するフィードバックをマイクロ流体送達装置に供給し、かつ/又は、室内における「望ましい」強度をユーザに提供し得る。
マイクロ流体送達装置は、他の香料送達装置と相乗的に機能するために、互いに通信し、動作を連係させ得る。
センサは、リザーバ中の流体組成物レベルを測定するか、又は加熱要素の発射回数を計数して、カートリッジが枯渇する前にその寿命末期を示すためにも使用され得る。このような場合、LED光が点灯し、リザーバの充填又は新しいリザーバとの交換が必要なことを知らせてもよい。
センサは、マイクロ流体送達装置のハウジングと一体であってもよく、又はリモートコンピュータ若しくは携帯スマートデバイス/電話などの離れた場所にあってもよい(すなわちマイクロ流体送達装置のハウジングとは物理的に離れていてもよい)。センサは、低エネルギーのBluetooth、6LoWPAN無線、又はデバイス及び/若しくはコントローラ(例えば、スマートフォン若しくはコンピュータ)との任意の他の無線通信手段を介して、マイクロ流体送達装置と遠隔通信してもよい。
ユーザは、低エネルギーのBluetooth又は他の手段によって、遠隔でデバイスの動作条件を変更してもよい。
スマートチップ
カートリッジ26は、最適な動作条件をマイクロ流体送達装置に送信するためのメモリを含んでもよい。
流体組成物
マイクロ流体送達装置内で十分に動作するように、流体組成物の多くの特性が考慮される。いくつかの要因としては、マイクロ流体送達部材から放出するのに最適な粘度を有する流体組成物を配合すること、マイクロ流体送達部材を詰まらせる懸濁固体を制限された量有する、又は全く有しない流体組成物を配合すること、乾燥してマイクロ流体送達部材を詰まらせないように、十分に安定した流体組成物を配合すること、引火性でない流体組成物を配合することなどが挙げられる。マイクロ流体ダイから適切な分注を行うために、空気を清涼化する又は悪臭を低減する組成物の適切な霧化及び効果的な分注が、流体組成物の設計において考慮され得る。
流体組成物は、香水混合物を含み得る。
流体組成物は、20センチポアズ(「cps」)未満、代替的に18cps未満、代替的に16cps未満、代替的に約5cps〜約16cps、代替的に約8cps〜約15cpsの粘度を示し得る。また、流体組成物は、約35、代替的に約20〜約30ダイン/cmの表面張力を有し得る。粘度は、TA Instrument Rheometer:Model AR−G2(Discovery HR−2)を使用して、以下の条件下で、単一間隙ステンレス鋼カップ及びボブを用いて定量されたcps単位のものである。
設定:
温度25℃
持続時間60.0s
ひずみ% 2%
角周波数10rad/s
ジオメトリ:40mm平行プレート(ペルチエプレートスチール)
実行手順情報:
コンディショニング
温度25C
予備剪断なし
平衡化2分
定常流量
ランプ1−100 1/s
モード−log
5点/桁
サンプル期間10秒
許容誤差内で3回連続する許容誤差5%
流体組成物は、粒子状物質が液体マトリックス内に分散された混合物中に存在する懸濁固体又は固体粒子を実質的に含まなくてもよい。流体組成物は、5重量%未満の懸濁固体、代替的に4重量%未満の懸濁固体、代替的に3重量%未満のサスペンド、代替的に2重量%未満の懸濁固体、代替的に1重量%未満の懸濁固体、代替的に0.5重量%未満の懸濁固体を有してもよく、又は懸濁固体を含まなくてもよい。懸濁固体は、いくつかの香料物質の特性である溶解物質と区別される。
流体組成物は、香料混合物に加えて、又はその代用として、他の揮発性材料を含む場合もあり得ることが想到され、揮発性材料としては以下のものが挙げられるが、これらに限定されない:揮発性染料;殺虫剤又は昆虫忌避剤として機能する組成物:環境を条件付けし、改造し、又は他の方法で変更する(例えば、睡眠、眼覚め、呼吸器の健康状態、及び同様の状況を支援する)精油又は材料;消臭剤又は悪臭抑制組成物(例えば、反応性アルデヒド類などの臭気中和物質(米国特許出願公開第2005/0124512号に開示されている)、臭気遮断物質、臭気マスキング物質、又はイオノン類などの感覚修正物質(同様に、米国特許出願公開第2005/0124512号にも開示されている))。
香料混合物
流体組成物は、流体組成物の約50重量%超、代替的に約60重量%超、代替的に約70重量%超、代替的に約75重量%超、代替的に約80重量%超、代替的に約50重量%〜約100重量%、代替的に約60重量%〜約100重量%、代替的に約70重量%〜約100重量%、代替的に約80重量%〜約100重量%、代替的に約90重量%〜約100重量%の量で存在する香料混合物を含み得る。流体組成物は、全て香料混合物(すなわち100重量%)からなってもよい。
香料混合物は、1つ以上の香料原材料を含有し得る。香料原材料は、材料の沸点(「B.P.」)に基づいて選択される。本明細書において言及するB.P.は、760mmHgの通常の標準圧力下の沸点である。標準760mmHgにおける多くの香料成分のB.P.は、1969年に出版されたSteffen Arctander著の「Perfume and Flavor Chemicals(Aroma Chemicals)」に見出すことができる。個々の成分の実験的に測定された沸点が利用できない場合、値は、ACD/Labs(Toronto,Ontario,Canada)から入手可能な沸点PhysChemモデルによって推定することができる。
香料混合物は、約2.9未満、代替的に約2.5未満、代替的に約2.0未満のオクタノール−水分配係数(「ClogP」)のモル加重平均logを有し得る。個々の成分の実験的に測定されたlogPが利用できない場合、値は、ACD/Labs(Toronto,Ontario,Canada)から入手可能な沸点PhysChemモデルによって推定することができる。
香料混合物は、250℃未満、代替的に225℃未満、代替的に200℃未満、代替的に約150℃未満、又は代替的に約150℃〜約250℃のモル加重平均B.P.を有し得る。
代替的に、約3重量%〜約25重量%の香料混合物が200℃未満のモル加重平均B.P.を有してもよく、代替的に約5重量%〜約25重量%の香料混合物が200℃未満のモル加重平均B.P.を有する。
本開示の目的のために、香料混合物の沸点は、当該香料混合物を構成する個々の香料原材料のモル加重平均沸点によって決定される。個々の香料物質の沸点が公開された実験データから既知ではない場合、ACD/Labsから入手可能な沸点PhysChemモデルによって決定される。
表1は、香料混合物に好適ないくつかの非限定的、例示的な個々の香料物質を一覧表にしたものである。
Figure 2020515347
表2は、200℃未満の総モル加重平均B.P.(「モル加重平均沸点」)を有する例示的な香料混合物を示す。モル加重平均沸点を計算する際には、表2に例示されるように、決定するのが困難な香料原材料の沸点は、それらの原材料が香料混合物全体の重量基準で15%未満を構成する場合、無視することができる。
Figure 2020515347

流体組成物は、水を含む。流体組成物は、流体組成物の約0.25重量%〜約9.5重量%の量の水、代替的に約0.25重量%〜約7.0重量%の水、代替的に約1重量%〜約5重量%の水、代替的に約1重量%〜約3重量%の水、代替的に約1重量%〜約2重量%の量の水を含み得る。理論に束縛されるものではないが、約2.5未満のモル加重平均ClogPを有するように香料混合物を配合することによって、組成物全体の重量基準で約0.25重量%〜約9.5重量%、代替的に約0.25重量%〜約7.0重量%のレベルで、水を流体組成物に組み込むことができることが見出された。
酸素化溶媒
流体組成物は、ポリオール(21つを超えるヒドロキシル官能基を含む構成成分)、グリコールエーテル、又はポリエーテルなどの1つ以上の酸素化溶媒を含有し得る。
ポリオールを含む例示的な酸素化溶媒としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、及び/又はグリセリンが挙げられる。本発明の清涼化組成物に使用されるポリオールは、例えば、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールとすることができる。
ポリエーテルを含む例示的な酸素化溶媒は、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールである。
グリコールエーテルを含む例示的な酸素化溶媒は、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−プロピルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、他のグリコールエーテル、又はこれらの混合物である。酸素化溶媒は、エチレングリコール、プロピレングリコール、又はそれらの混合物であり得る。使用されるグリコールは、ジエチレングリコールとすることができる。
流体組成物は、香水混合物、ポリオール、及び水を含み得る。そのような組成物において、流体組成物は、流体組成物の約50重量%〜約100重量%の香料混合物と、ポリオールと、流体組成物の重量基準で約0.25重量%〜約9.5重量%の水、代替的に約0.25重量%〜約7.0重量%の水とを含むことが好ましい。理論に束縛されるものではないが、香料混合物を含む流体組成物に水に添加することにより、流体組成物の沸点が低下し、その結果、流体組成物を霧化するために必要なエネルギー又は熱が低減されると考えられる。ダイのヒータ上での発射温度が低下する結果、ヒータ上に蓄積する流体組成物、及び流体組成物の分解生成物がより少なくなると考えられる。更に、水が、各発射時にノズル内により多くの流体組成物を分注することによって噴霧速度を増加させ、これにより、マイクロ流体ダイの各ノズルからの発射回数が少なくなり、又は所望の噴霧速度のために必要なノズルの数が低減されて、ノズルの寿命が延長すると考えられる。水の組み込みを促進するために、香料混合物は、約2.9未満のモル加重平均ClogPを有し得る。
組成物に酸素化溶媒を、組成物の重量基準で約0.01重量%〜約20重量%、代替的に約0.05重量%〜約10重量%、代替的に組成物全体の重量基準で約0.1重量%〜約5重量%のレベルで添加し得る。
機能性香料成分
流体組成物は、機能性香料成分(「FPC」)を含んでもよい。FPCは、従来の有機溶媒又は揮発性有機化合物(「VOC」)に類似する蒸発特性を有する香料原料の種類である。本明細書で使用するとき、「VOC」は、20℃で測定される蒸気圧が0.2mm Hg超であり、香料の蒸発を助ける揮発性有機化合物を意味する。例示的なVOCとしては、以下の有機溶媒、すなわち、ジプロピレングリコールメチルエーテル(「DPM」)、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール(「MMB」)、揮発性シリコーン油、及びジプロピレングリコールのメチル、エチル、プロピル、ブチルエステル、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、又は商標名Dowanol(商標)のグリコールエーテルの任意のVOCが挙げられる。VOCは、通常、香料の蒸発を補助するために流体組成物中で20%超の濃度で使用される。
FPCは、香料物質の蒸発を補助し、快楽的芳香効果を提供し得る。FPCは、組成物全体としての香料の性質に負の影響を与えずに比較的高濃度で用いることができる。したがって、流体組成物はVOCを実質的に含まなくてもよく、これは、流体組成物が、組成物の18重量%以下、代替的に6重量%以下、代替的に5重量%以下、代替的に1重量%以下、代替的に0.5重量%以下のVOCを有することを意味する。流体組成物は、VOCを含まなくてもよい。
FPCとして好適な香料物質は、上で定義されるように、約800〜約1500、代替的に約900〜約1200、代替的に約1000〜約1100、代替的に約1000のKIを有し得る。
FPCとしての使用に好適な香料物質はまた、所定の香料特性の香気を留めておくために、臭気検出閾値(「ODT」)及び非極性香気特性を用いて定義することができる。ODTは、炎イオン及び嗅ぎ口を装備する商用GCを用いて測定され得る。GCを較正して、シリンジにより注入される正確な物質体積、正確なスプリット比、並びに既知の濃度及び鎖長分布の炭化水素標準物質を用いた炭化水素反応を決定する。空気流量を正確に測定し、ヒトの吸息の時間が12秒間持続すると仮定して、サンプリングした体積を計算する。任意の時点における検出器での正確な濃度は既知であるので、吸入された体積当たりの質量も既知であり、物質の濃度を計算することができる。物質が50ppb未満の閾値を有するかどうかを決定するために、逆算された濃度で溶液を嗅ぎ口に送達させる。官能試験員は、GC溶出液の匂いを嗅ぎ、臭気が認められる保持時間を定量する。全官能試験員の平均から感知能の閾値を決定する。必要量の検体をカラムに注入して、検出器における濃度を50ppbにする。ODTを求めるための典型的なGCパラメータを以下に記載する。機器に関連付けられている指針に従って試験を実施する。
装置:
GC:FID検出器を備える5890シリーズ(Agilent Technologies,Ind.,Palo Alto,California,USA);
7673オートサンプラー(Agilent Technologies,Ind.,Palo Alto,California,USA);
カラム:DB−1(Agilent Technologies,Ind.(Palo Alto,California,USA))
長さ30メートル、ID 0.25mm、フィルム厚1マイクロメートル(分離させるための選択的分割を提供する毛細管の内壁上のポリマー層)。
方法のパラメータ:
スプリット注入:17/1スプリット比
オートサンプラー:1.13マイクロリットル/注入
カラム流量:1.10mL/分
空気流:345mL/分
入口温度:245℃
検出器温度:285℃
温度情報:
初期温度:50℃
速度:5℃/分
最終温度:280℃
最終時間:6分
有力な仮定:(i)臭い嗅ぎ1回当たり12秒
(ii)GCの空気が試料の希釈物に加わる。
FPCは、約1.0十億分率(「ppb」)超、代替的に約5.0ppb超、代替的に約10.0ppb超、代替的に約20.0ppb超、代替的に約30.0ppb超、代替的に約0.1百万分率超のODTを有し得る。
流体組成物中のFPCは、約900〜約1400、代替的に約1000〜約1300の範囲のKIを有し得る。これらのFPCは、エーテル、アルコール、アルデヒド、アセテート、ケトン、又はこれらの混合物のいずれであってもよい。
FPCは、揮発性で低B.P.の香料物質であり得る。例示的なFPCとして、イソノニルアセテート、ジヒドロミルセノール(3−メチレン−7−メチルオクタン−7−オール)、リナロール(3−ヒドロキシ−3,7−ジメチル−1,6オクタジエン)、ゲラニオール(3,7ジメチル−2,6−オクタジエン−1−オール)、d−リモネン(1−メチル−4−イソプロペニル−1−シクロヘキセン)、ベンジルアセテート、イソプロピルミリステート、及びこれらの混合物が挙げられる。表3は、特定のFPCの例示的な特性のおおよその報告値を列挙する。
Figure 2020515347
香料混合物中のFPCの総量は、香料混合物の約50重量%超、代替的に約60重量%超、代替的に約70重量%超、代替的に約75重量%超、代替的に約80重量%超、代替的に約50重量%〜約100重量%、代替的に約60重量%〜約100重量%、代替的に約70重量%〜約100重量%、代替的に約75重量%〜約100重量%、代替的に約80重量%〜約100重量%、代替的に約85重量%〜約100重量%、代替的に約90重量%〜約100重量%、代替的に約100重量%であり得る。香料混合物は、全てがFPC(すなわち100重量%)からなってもよい。
表4は、FPCを含む非限定的、例示的な流体組成物、並びにそれらの報告されたKI及びB.P.の概算値を一覧表にしたものである。
Figure 2020515347
流体組成物を配合するとき、溶媒、希釈剤、増量剤、固定剤、増粘剤等も含んでもよい。これらの材料の非限定的な例は、エチルアルコール、カルビトール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチルフタレート、トリエチルシトレート、イソプロピルミリステート、エチルセルロース、及びベンジルベンゾエートである。
使用方法
マイクロ流体送達装置10は、流体組成物を空気中に送達するために使用され得る。マイクロ流体送達装置10はまた、流体組成物を空気中に送達して、最終的に空間内の1つ以上の表面に堆積させるためにも使用され得る。例示的な表面としては、カウンター、家庭電化製品、床面などといった硬表面が挙げられる。例示的な表面としてはまた、カーペット、家具、衣類、寝具、リネン、カーテンなどが挙げられる。マイクロ流体送達装置は、家屋、オフィス、会社、屋外、自動車、一時的な空間などで使用され得る。マイクロ流体送達装置は、フレッシュニング、悪臭の除去、昆虫忌避剤などに使用され得る。
本明細書にて開示された寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。その代わりに、特に指示がない限り、このような寸法はそれぞれ、列挙された値とその値を囲む機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図されている。例えば、「40mm」として開示される寸法は、「約40mm」を意味することが意図される。
本明細書全体を通して記載される全ての最大数値限定は、それよりも低い全ての数値限定を、かかるより低い数値限定があたかも本明細書に明確に記載されているかのように包含することを理解すべきである。本明細書の全体を通して記載される全ての最小数値限定は、それよりも高い全ての数値限定を、かかるより高い数値限定があたかも本明細書に明確に記載されているかのように包含する。本明細書の全体を通して与えられる全ての数値範囲は、かかるより広い数値範囲内に含まれるより狭い全ての数値範囲を、かかるより狭い数値範囲があたかも全て本明細書に明示的に記載されているかのように含むことになる。
相互参照される又は関連する全ての特許又は特許出願、及び本願が優先権又はその利益を主張する任意の特許出願又は特許を含む、本願に引用される全ての文書は、除外又は限定することを明言しない限りにおいて、参照によりその全容が本願に援用される。いかなる文献の引用も、本明細書中で開示又は特許請求される任意の発明に対する先行技術であるとはみなされず、あるいはそれを単独で又は他の任意の参考文献(単数又は複数)と組み合わせたときに、そのような発明全てを教示、示唆又は開示するとはみなされない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と矛盾する場合、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。
本発明の特定の実施形態を例示及び説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を行うことができる点は当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内に含まれるそのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲にて網羅することを意図したものである。

Claims (28)

  1. 電源と電気的に接続可能なハウジングと、
    前記ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、上面と、前記上面に対向する底面と、前記上面及び前記底面を接合する側壁と、を備える、流体組成物を収容するためのリザーバと、
    前記リザーバと流体連通し、重力方向に対して垂直である水平方向に向かって又は水平方向に対して下方向に向けて、前記流体組成物の実質的に全てを分注するように構成されているマイクロ流体ダイと、を備えるカートリッジと、
    前記ハウジングと接続されたファンであって、第1の方向において前記マイクロ流体ダイから分注される前記流体組成物を合流させ、かつ前記第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする空気流を発生させるように構成されている、ファンと、を備える、マイクロ流体送達装置。
  2. 前記マイクロ流体ダイが、前記リザーバの前記側壁又は前記上面に配設されている、請求項1に記載のマイクロ流体送達装置。
  3. 前記ファンから前記ハウジングの空気出口まで延在する空気流チャネルを更に備える、請求項1又は請求項2に記載のマイクロ流体送達装置。
  4. 前記装置が、前記マイクロ流体ダイを出る流体組成物を前記空気出口を出る空気流と合流させるように構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  5. 前記流体組成物が、フレッシュニング組成物又は悪臭制御組成物を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  6. 前記流体組成物が、酸素化溶媒及び水を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  7. 前記マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  8. 前記ダイが、4〜100個のノズルを備え、各ノズルが、チャンバと流体連通しており、ヒータが、前記チャンバ内の流体組成物を加熱するように構成されている、請求項7に記載のマイクロ流体送達装置。
  9. 電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
    前記ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、
    第1の端部と、前記第1の端部に対向する第2の端部と、前記第1の端部及び前記第2の端部を接合する側壁と、を備える、流体組成物を収容するためのリザーバと、
    前記リザーバと流体連通し、重力方向に対して垂直である水平方向に対して上方向に向けて、前記流体組成物の実質的に全てを分注するように構成されているマイクロ流体ダイと、を備えるカートリッジと、
    ファンと、
    前記ハウジングの前記内部に配設された第1及び第2の空気流チャネルであって、前記第1及び第2の空気流チャネルの各々が、前記ファンから空気出口まで延在している、第1及び第2の空気流チャネルと、
    第1の位置と少なくとも第2の位置との間で選択的に位置付け可能な空気流カバーであって、前記第1の位置では、前記空気流カバーが前記第1の空気流チャネルを通る空気流をブロックし、前記第2の位置では、前記空気流カバーが前記第2の空気流チャネルを通る空気流をブロックする、空気流カバーと、を備える、マイクロ流体送達装置。
  10. 前記空気流カバーが第1の位置にあるときには、前記ファンからの空気流が、前記流体組成物を第1の方向における進行から第2の方向における進行に方向付け、前記空気流カバーが第2の位置であるときには、前記ファンからの空気流が、前記流体組成物を第1の方向における進行から第3の方向における進行に方向付け、前記第1、第2、及び第3の方向が、各々異なる、請求項9に記載のマイクロ流体送達装置。
  11. 前記マイクロ流体ダイが、前記カートリッジの前記上面に配設されている、請求項9又は請求項10に記載のマイクロ流体送達装置。
  12. 前記装置が、前記マイクロ流体ダイを出る流体組成物を前記ハウジングの前記内部で合流させるように構成されている、請求項9〜11のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  13. 前記流体組成物が、フレッシュニング組成物又は悪臭制御組成物を含む、請求項9〜12のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  14. 前記流体組成物が、酸素化溶媒及び水を更に含む、請求項9〜13のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  15. 前記マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、請求項9〜14のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  16. 前記ダイが、4〜100個のノズルを備え、各ノズルが、チャンバと流体連通しており、前記ヒータが、前記チャンバ内の流体組成物を加熱するように構成されている、請求項15に記載のマイクロ流体送達装置。
  17. マイクロ流体装置によって流体組成物を噴射する方法であって、
    マイクロ流体送達装置から第1の方向に上方へ空気中に流体組成物を噴射する工程と、
    ファンから前記流体組成物に向かって空気流を方向付ける工程と、前記空気流と前記噴射された流体組成物とを合流させて、前記流体組成物を前記第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする工程であって、前記空気流は、前記空気流と前記流体組成物とが合流する地点において、前記流体組成物よりも大きい運動量で進行している、再方向付けする工程と、を含む、方法。
  18. 前記マイクロ流体送達装置が、
    電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
    前記ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、前記カートリッジが、前記流体組成物を収容するためのリザーバ、及び前記リザーバと流体連通しているマイクロ流体ダイを備る、カートリッジと、
    前記ハウジングの前記内部に配設された第1及び第2の空気流チャネルであって、前記第1及び第2の空気流チャネルの各々が、前記ファンから空気出口まで延在している、第1及び第2の空気流チャネルと、を備え、前記方法が、
    前記第1の空気流チャネルを通る空気流を方向付ける工程と、前記第2の空気流チャネルを通る空気流をブロックする工程と、を同時に行う工程と、
    前記第1の空気流チャネルからの前記空気流と前記分注された流体組成物とを合流させて、前記流体組成物を前記第1の方向と異なる第2の方向に再方向付けする工程であって、前記空気流は、前記空気流と前記流体組成物とが合流する地点において、前記流体組成物よりも大きい運動量で進行している、再方向付けする工程と、を更に含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記流体組成物が、酸素化溶媒及び水を更に含む、請求項17又は請求項18に記載の方法。
  20. 前記マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、請求項17〜19のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記マイクロ流体送達装置が、
    電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
    前記ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、前記カートリッジが、前記流体組成物を収容するためのリザーバ、及び前記リザーバと流体連通しているマイクロ流体ダイを備る、カートリッジと、
    前記ハウジングの前記内部に配設された空気流チャネルであって、前記ファンから空気出口まで延在している、空気流チャネルと、
    前記空気流チャネルと流体連通している調節可能なノズルと、を備え、前記方法が、
    前記調節可能なノズルを通して空気を第1の方向に方向付ける工程と、
    前記調節可能なノズルを調節する工程と、
    前記調節可能なノズルを通る空気を前記第1の方向と異なる第2の方向に方向付ける工程と、
    前記空気流チャネルからの前記空気流と前記分注された流体組成物とを合流させて、前記流体組成物を再方向付けする工程と、を更に含む、請求項17〜20のいずれか一項に記載の方法。
  22. マイクロ流体送達装置であって、
    電源と電気的に接続可能なハウジングであって、内部及び外部を備える、ハウジングと、
    前記ハウジングと解放可能に接続可能なカートリッジであって、
    第1の端部と、前記第1の端部に対向する第2の端部と、前記第1の端部及び前記第2の端部を接合する側壁と、を備える、流体組成物を収容するためのリザーバと、
    前記リザーバと流体連通し、重力方向に対して垂直である水平方向に対して上方向に向けて、前記流体組成物の実質的に全てを分注するように構成されているマイクロ流体ダイと、を備えるカートリッジと、
    ファンと、
    前記ハウジングの前記内部に配設された空気流チャネルであって、前記ファンから空気出口まで延在している、空気流チャネルと、
    前記空気流チャネルと流体連通している調節可能なノズルであって、前記調節可能なノズルが、第1の構成及び第2の構成に構成可能であり、前記第1の構成では、前記調節可能なノズルが第1の方向に空気流を方向付け、前記第2の構成では、前記調節可能なノズルが前記第1の方向と異なる第2の方向に空気流を方向付ける、調節可能なノズルと、を備える、マイクロ流体送達装置。
  23. 前記マイクロ流体ダイが、前記カートリッジの前記上面に配設されている、請求項22に記載のマイクロ流体送達装置。
  24. 前記装置が、前記マイクロ流体ダイを出る流体組成物を前記ハウジングの内部で合流させるように構成されている、請求項22又は請求項23に記載のマイクロ流体送達装置。
  25. 前記流体組成物が、フレッシュニング組成物又は悪臭制御組成物を含む、請求項22〜24のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  26. 前記流体組成物が、酸素化溶媒及び水を更に含む、請求項22〜25のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  27. 前記マイクロ流体ダイが、圧電結晶又はヒータを備える、請求項22〜26のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
  28. 前記ダイが、4〜100個のノズルを備え、各ノズルが、チャンバと流体連通しており、ヒータが、前記チャンバ内の前記流体組成物を加熱するように構成されている、請求項22〜27のいずれか一項に記載のマイクロ流体送達装置。
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