JP3425522B2

JP3425522B2 - ノズル組立体の製造方法

Info

Publication number: JP3425522B2
Application number: JP03565298A
Authority: JP
Inventors: フランクバルテルス; ヴルフバハトラー; スティーヴンテランスダン; ヨアヒムアイヒャー; ベルンハルトフロイント; ウィリアムバーリーハート; クリストフレッスモーエルマン
Original assignee: ベーリンガーインゲルハイムインターナショナルゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: EP0664733A1; DE69333938T2; ES2253804T3; ATE312669T1; DK0664733T3; CA2145758A1; CN1342524A; EP1611958B1; EP0860210A2; ES2320240T3; AU4829993A; CA2145758C; DE69333938D1; WO1994007607A1; US5911851A; GR3031558T3; DE69334260D1; DK1611958T3; CA2475424C; DE69326158T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル組立体の製
造方法、特に、例えば、吸入による薬剤の投与に適した
細かい液滴の噴霧を生じさせる噴霧ノズル組立体及びフ
ィルター付の斯かるノズル組立体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点の説明】流体に、高圧で狭
いノズルを通過させると、非常に細かい液滴を形成させ
ることができることが（例えば、Ｗ０９１／１４４６８
から）公知である。Ｗ０９１／１４４６８は、紡糸ノズ
ルの製造において公知の方法等の方法を用いて必要なノ
ズルを製造することを提案している。これらのノズル
は、例えば、炭化タングステンの針を用いて薄い金属プ
レートに穿孔することにより製造されている。Ｗ０９１
／１４４６８による装置の用途の重要な領域は、吸入療
法用のエアゾールの製造である。厳しい要求が、特に、
液滴の細かさに課されている。充分な量の薬剤が、肺に
充分深く到達することができるには、かなりの数の液滴
が、６μm未満のサイズを有していなければならないこ
とが、夥しい研究の間に、分っている。安全な治療のた
めには、装置の個々のノズル片（pieces）が、各々同じ
液滴スペクトルすなわち液滴寸法の分布を生じさせるこ
とができなくてはならない。そうなってはじめて、所定
服用量の薬剤が、所望の態様で肺に送られることが確実
になるためである。

【０００３】ノズルの機械的製造に関しては、おそらく
ノズルの壁がさまざまな程度の粗さのものであることに
起因して、時として障害になるような粗さの偏差が存在
することがある。なかでも、上記のＷ０９１／１４４６
８の図８に示すような二頭ノズルを、必要な精度を以
て、製造するのは困難なことである。加えて、ノズル内
の流体の流れを加速又は減速する目的等で公知の方法を
用いて断面の変化するノズルを得ること、或いは衝撃要
素又は渦発生装置を備えることは、容易なことではな
い。ＰＣＴ出願第ＧＢ９１／００４３３号には、加圧噴
霧ガスを用いることなしに、流体から細かい液滴の噴霧
を形成するため、特に、薬剤の液滴が肺の下部に入り込
むことができるよう、使用者による吸入用に、１０μm
未満の平均液滴サイズを有する流体薬剤の噴霧を形成す
るための方法及び装置が記載されている。ＰＣＴ出願第
ＧＢ９１／０２１４５号には、流体がノズルの孔を通過
する際に、流体の流れに二次流れを誘発することによ
り、斯かる噴霧の形成を最適化することのできる方法及
び装置が記載されている。

【０００４】斯かる方法及び装置の好ましい実施態様で
は、計量した投与量の流体薬剤を、駆動バネの作用に抗
してポンプ機構のシリンダ内のピストンを引っ込めるこ
とにより、貯蔵容器から圧力チャンバーに汲み込む。ピ
ストン又はバネを、計量した投与量の薬剤が、排出され
るまで、ポンプの圧力チャンバー内の周囲圧力に保持さ
れるよう、係止され、そうでなければ、引っ込んだ又は
待機（cocked）位置に保持する。排出が必要な時には、
ピストン又はバネを開放すると、バネがピストンを前方
に駆動し、それにより、流体に急激な圧力の上昇を与
え、流体をノズルの孔を通して排出させて液滴の噴霧を
発生させる。肺の下部に薬剤を施すのに必要な非常に細
かい液滴は、細い孔サイズのノズル及び高圧を用いるこ
とにより、典型的には、２０μm 未満のノズル孔及び３
００バールを越える圧力を用いて得られる。

【０００５】斯かる細かい液滴を得るのに必要なノズル
の孔は、多くの方法で形成することができ、例えば、金
属プレートに穴を穿ってその穴を部分的に塞ぎ、流体が
ノズルの孔を通過する際に細い液滴を形成するに好適な
流れ方向を変えた流れを形成するため、粗く形成した縁
部を有する細い孔を設けることである。しかしながら、
ノズルの孔を形成するのに用いるこれらの技術は、費用
が高くかつ時間がかかる顕微鏡の尺度での構成要素の精
密な機械加工を必要とし、構成要素の使用に先立つ品質
管理評価の間の構成要素の不合格、そして装置が一貫し
た作動をしないという結果をもたらす。更に、装置が作
動する時に、場合によっては６００バールもの高さの、
非常に高い圧力のサージに耐えることのできる必要性
が、機械的に強い構成要素の使用を必要とする。やは
り、このことも装置のコストを嵩ませるものである。

【０００６】ＰＣＴ出願第ＧＢ９１／０２１４７には、
一体の逆止め弁及びフィルターをノズル組立体に組み込
み、計量した投与量の流体を貯蔵容器から汲むためピス
トンが引っ込められた時に、排出ノズルを通って装置内
に空気が吸引されるのを防止し、流体に連行された固体
粒子による細いノズル孔の閉塞を防止する構成の態様が
説明されている。斯かる構成の好ましい態様では、円筒
状のプラグが、ノズルのオリフィスのすぐ上流のチャン
バーに押込嵌めされ、チャンバーの内壁とプラグの半径
方向に外側に向かう壁との間に環状の通路を提供してい
る。この環状の通路は、ノズルの孔と等しい又はそれよ
りも小さい半径寸法を有しており、そのため、細かいフ
ィルターを提供し、そうでなければノズルの孔を閉塞す
ることのある固体粒子を除去する。この細い環状の通路
は、また、流体の運動に抑制を加え、この抑制は、ピス
トンがその前方へ駆動させて、すなわち排出ストローク
のために駆動させて流体をノズル孔を通じて外側に流す
際に生じる高圧によって打ち消される。しかしながら、
この流れの抑制は、ピストンが引っ込められた時に、流
体が装置に逆流するのを防止する。これは、貯蔵容器か
ら圧力チャンバーに汲み入れられた新しい流体が、空気
又はプラグの下流のノズル組立体からの流体で汚染され
るおそれを減少させる。やはり、斯かる装置は、装置が
作動する際の圧力サージに耐えることができるよう、金
属で製造しなければならず、そのため、構成要素の費用
のかかる高精度の機械加工を必要とする。

【発明の目的】したがって、本発明の目的は、上記の問
題を減少させ、高精度、低コストで製造することのでき
るノズル組立体の製造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点によ
れば、概ね平らな第一の面を有する第一の部材と、概ね
平らな第二の面を有する第二の部材とで構成される、複
数のノズル組立体を製造するための方法であって、前記
ノズル組立体は、少なくとも５０バール（ｂａｒ）の圧
力によって流体薬剤をノズル組立体に供給する噴霧発生
装置に使用されるものであり、前記ノズル組立体は、流
体薬剤を霧化して、肺に吸入するのに適したサイズの液
滴の噴霧を形成するように構成される方法において、概
ね平らな第一の面を有する第一の部材を形成するステッ
プと、前記第二の面と協働して複数のノズル噴出口流路
を形成する複数の溝を、前記第一の面に形成するステッ
プとを含み、前記複数のノズル噴出口流路は、複数のノ
ズル噴出口を含み、かつ、流体入口と流体連通し、前記
複数のノズル噴出口は、前記流体薬剤を霧化して微細な
液滴の噴霧を生じさせるために、ノズル噴出口が位置す
る前記第一の部材の縁の面から２５マイクロメータから
５００マイクロメータの距離のところで互いに衝突する
複数の流体の噴流を放出するように構成され、前記ノズ
ル噴出口は、５平方マイクロメータから２５００平方マ
イクロメータの断面積を有し、前記溝は、前記流体薬剤
内の固体粒子による閉塞から前記ノズル噴出口を保護す
るためのフィルターとして作用するための、前記ノズル
噴出口の孔より狭い１以上の部分を有し、この１以上の
部分は、前記流体入口と、流体を前記ノズル噴出口に供
給するための充気チャンバーとの間に位置し、ガラスの
ものであって、概ね平らな第二の面を有する第二の部材
を形成するステップと、静電界の印加、接着方法、溶
接、又は、陽極結合によって、前記概ね平らな第一の面
と概ね平らな第二の面に沿って前記第一の部材と第二の
部材を接合して複合構造体を形成するステップと、３０
０００rpm 以上の回転速度をもつダイアモンド丸鋸によ
って、前記複合構造体を個々の複合部分に分離して個々
のノズル組立体を形成するステップとを含み、前記ノズ
ル組立体の各々は、流体入口と、前記複数のノズル噴出
口と、前記流体入口と前記ノズル噴出口とを流体連通さ
せて連結する前記溝とを備える、ことを特徴とする方法
を提供する。

【０００８】また、本発明の他の観点によれば、概ね平
らな第一の面を有する第一の部材と、概ね平らな第二の
面を有する第二の部材とで構成される、複数のノズル組
立体を製造するための方法であって、前記ノズル組立体
は、少なくとも５０バール（ｂａｒ）の圧力によって流
体薬剤をノズル組立体に供給する噴霧発生装置に使用さ
れるものであり、前記ノズル組立体は、流体薬剤を霧化
して、肺に吸入するのに適したサイズの液滴の噴霧を形
成するように構成される方法において、概ね平らな第一
の面を有する第一の部材を形成するステップを含み、前
記第一の面には、複数の溝と、前記第一の面に形成さ
れ、前記第二の面と協働してノズル噴出口流路を形成す
る出口溝が形成され、前記ノズル噴出口流路は、流体入
口と流体連通し、かつ、ノズル噴出口を含み、更に、前
記第一の面には、前記流体に二次流れを引き起こすため
の手段が形成され、この二次流れを引き起こすための手
段は、前記ノズル噴出口が、粗な規則的又は不規則な多
角形の形状を有する細孔オリフィスであるような形態
で、前記ノズル噴出口に配置され、前記オリフィスの孔
のリップは粗いもの或いは鋭いものであり、前記孔は、
霧化を促進するために、外側に向いたリップではなくて
軸方向内側に向いたリップを有し、或いは、前記孔のフ
ラップ又は部分的な閉塞要素を有し、或いは、前記第一
の部材の縁に位置するノズル噴出口の孔に通じる単一の
溝に乱流を形成するために、前記第一の部材の平面領域
内で交差する２つの溝を有しており、前記ノズル噴出口
が５平方マイクロメータから２５００平方マイクロメー
タの断面積を有し、更に、前記第一の面には、流体薬剤
内のいかなる粒子による前記ノズル噴出口流路の閉塞を
も防ぐために、前記第二の面とが一緒になって、前記流
体入口と前記ノズル噴出口流路との間に複数のフィルタ
ー流路が形成されており、前記第一の面及び前記第二の
面が、前記フィルター流路と前記ノズル噴出口流路との
間に充気チャンバーを設け、前記方法は、更に、ガラス
のものであって、概ね平らな第二の面を有する第二の部
材を形成するステップと、静電界の印加、接着方法、溶
接、又は、陽極結合によって、前記概ね平らな第一の面
と概ね平らな第二の面に沿って前記第一の部材と第二の
部材を接合して複合構造体を形成するステップと、３０
０００rpm 以上の回転速度をもつダイアモンド丸鋸によ
って、前記複合構造体を個々の複合部分に分離して個々
のノズル組立体を形成するステップとを含み、前記ノズ
ル組立体の各々は、流体入口と、前記複数のノズル噴出
口と、前記流体入口と前記ノズル噴出口とを流体連通さ
せて連結する前記溝を備える、ことを特徴とする方法を
提供する。

【０００９】そのため、本発明の方法の実施態様を適用
することにより、二以上のプレートからなるノズル（本
明細書においてノズル組立体とも称する）であって、そ
れらのプレートのうちの少なくとも一つであるベースプ
レートには、取り入れ口側と、反対に配置された側に設
けられた噴霧器ノズル噴出口とをつなげる溝が形成され
ており、一方、通常は溝形成加工すなわち溝加工されて
いない他のプレート（カバープレート）が、ベースプレ
ートの溝加工した面上に配置され、ベースプレートにし
っかりと接合されるノズルを提供することができる。三
つの層からなるノズル組立体が、例えば、溝加工したシ
リコンプレート、平坦なシリコンカバープレート及びそ
れらの間の薄いガラスプレートからなるのがよい。もち
ろん、溝加工したカバープレートを溝加工していないベ
ースプレートの上に配置してベースプレートとカバープ
レートの機能を逆にすることもできる。

【００１０】ノズル組立体の凹みは、通常、長方形断面
のものである。しかしながら、ノズル組立体を、本明細
書で以下に説明する方法及び当業者に公知の関連する方
法によって製造する場合には、多数の変更態様が可能で
ある。所望であれば、いろいろなエッチング方法を用い
ることにより、別の断面の溝を備えたベースプレートを
製造することもできる。ベースプレートに加えてカバー
プレートに溝加工すると、他の断面、例えば、ほぼ円形
の断面を得ることができる。ベースプレート及びカバー
プレートの両方を溝加工する場合には、両方のプレート
に同じ構造を与えるのが通常である。ベースプレート及
びカバープレートを、異なる態様で溝加工しても、それ
らの溝が互いに協働するようすれば、他の変更態様も可
能である。

【００１１】以下に、第一の面に形成された全深さの流
入口、噴出口及び流路を有する第一の部材、及び流入
口、噴出口及び溝を完成するための壁を提供するほぼ平
坦な面を有する第二の部材に関して、本発明を説明す
る。流体噴出口は、ノズル組立体の噴霧発生手段として
作用する。したがって、これらの流体噴出口は、噴出口
の孔を通過する流体の流れから液滴の噴霧を形成するた
めには、ＰＣＴ出願第ＧＢ９１／０２１４５号に記載さ
れているような、粗な多角形又は他の断面又は縁を有す
ることのできる単純な細孔オリフィスであるのがよい。
そのため、孔は、三角、四角、或いは、他の規則的又は
不規則な多角形の形状を有することができ、１：１〜１
０：１の孔の最大寸法対最小寸法比を有するのが好まし
い。孔のリップは粗いのがよく、このような場合には、
孔は、部材と電極との間にアークを点弧することにより
第一の部材から材料を除去する電気スパッタ浸蝕技術に
よって形成される。しかしながら、孔は、鋭いリップを
有し、このリップによって流体の流れが急激に方向を変
えて流体の流れの本流に二次流れを生じさせることが好
ましい。方向の変化は、９０度にわたる総流体変化方向
の少なくとも５％、好ましくは１０〜３０％と等価であ
るのが典型的である。方向の変化は、急激に生じること
が好ましく、特に、流れの幅の直径の５倍未満、好まし
くは１倍未満、の軸方向距離内で生じることが好まし
い。斯かる方向の変化、又は、二次流れは、外側に向い
たリップではなくて軸方向内側に向いたリップを有する
孔、例えば、孔が流れの進路に沿って分岐し、孔を通る
流体の流れの意図する進路に対して頂点が向けられてい
る等辺三角形の平面形状を有する孔を形成することによ
っても得ることができる。その他、２本の流路を、第一
の部材の平面領域内で交差させ、第一の部材の縁に位置
する流体噴出口の孔に通じる単一の流路に乱流を形成す
ることもできる。

【００１２】或いは、方向の変化は、孔に対してフラッ
プ又は部分的な閉塞要素を形成することによって生じさ
せることができ、それにより、孔を通る流体の流れの少
なくとも一部が、フラップ又は閉塞要素によって方向の
急激な変化を受ける。斯かるフラップ又は閉塞要素は、
流れの有効断面の１０〜８０％に作用する。二次流れ発
生要素の他の形態が、ＰＣＴ出願第ＧＢ９１／０２１４
５号に記載されており、その出願の主題事項を、本明細
書に援用する。流体噴出口が、噴出口の形状及び形態に
よって生じた二次流れにより噴霧を発生させるように形
成されている場合には、比較的大きな液滴、例えば３０
〜１５０μm の質量中央値液滴サイズが要求されている
場合、２５バールのような低い圧力を発生させる流れ発
生装置を用いて満足な噴霧を発生させることができるこ
とが分っている。しかしながら、約２０μm 未満の質量
中央値サイズの液滴が必要な場合には、通常、少なくと
も５０バール（ｂａｒ）、典型的には１００〜４００バ
ール（ｂａｒ）の圧力を発生させる流れ発生装置を用い
ることが必要である。

【００１３】液滴のサイズは、ノズル孔のサイズにも影
響される。そのため、一般に、５００μm 未満、例えば
５０μm 以下の最大横断方向寸法の孔を用いることが望
ましいことが分っている。細かい液滴サイズの噴霧が必
要な場合には、最大横断方向孔寸法は、３０μm 未満で
あるのが好ましい。斯かる寸法は、５〜２５００平方ミ
クロン、例えば、１０〜５００平方ミクロンの断面積に
相当する。粗大な噴霧が必要な場合には、孔サイズを、
１００μm の最大横断方向寸法にまですることができ
る。先に示したように、所望の噴霧を、二以上の流体の
噴流を互いに衝突させることによって、又は単一の噴流
に関しては、噴流を固定衝突要素に衝突させることによ
っても形成することができる。この場合には、ノズル孔
は、何等大量の二次流れを生じさせる必要がなく、滑ら
かなリップのほぼ円形、正方形又は長方形の孔を用いる
ことができる。許容できる噴流を発生させるためには、
５０〜４００バールの流体圧を発生させる流れ発生装
置、及び５〜１００μm の最大横断方向寸法を有する孔
を用いることが好ましい。二つの衝突する噴流を用いる
場合には、噴流の飛行の経路は、衝突の箇所で６０〜１
５０度、好ましくは、約９０〜１２０度の角度を挟んで
いるのが好ましく、衝突は、流体噴出口の位置する第一
の部材の縁の平面から２５〜５００μm、例えば、３０
〜１００μmで起こるのが好ましい。流体の噴流が、固
定衝突要素にぶつかる場合には、この衝突要素は、噴流
の飛行の経路の噴流が個々の液滴に分裂し始める手前の
位置、典型的には、流体噴出口の１０００μm 未満下流
の位置に配置されているのが好ましく、衝突要素が、自
己清浄的でかなりの量の流体をとどめないよう、衝突要
素の表面は、噴流の飛行の経路に対して角をなしている
のが好ましい。斯かる自己清浄的衝突要素の好適な態様
が、ＰＣＴ出願第ＧＢ９２／０６６８号に記載されてい
る。

【００１４】互いに衝突して液滴の噴霧を形成する二つ
の流体の噴流を形成するための二つの流体噴出口の使用
に関して、本発明の実施態様を以下に説明する。流体噴
出口は、第一の部材に形成された流体入口及び流路を経
て、流体の流れ発生装置から圧力下の流体を供給され
る。流体入口は、第一の部材の縁にある流入口を介して
又はノズル組立体を流れ発生装置に取り付ける差し口を
介して流れ発生装置と直接流体が流れるように連通した
第一の部材にある単純な円形又は他の形状のチャンバー
によってもたらされるのが好都合である。先に示したよ
うに、この差し口は、流れ発生装置のポンプ機構の一部
を形成することができ、第一の部材の第二の部材を保持
している面と反対側の面に取り付けられた第三の平面状
部材によって保持されているのがよい。しかしながら、
第一の部材には、第一の部材と一体に形成した差し口
を、例えば、この部材の第二の面からの金属又は他の管
状の突出物として備えることもできる。

【００１５】第三の部材が、それから延びる差し口を保
持している本発明の実施態様も、以下に説明する。第一
の部材の単一の流体入口チャンバーが、ノズル組立体に
供給される流体の全てを受け、流体を流体噴出口に送る
（分配する）のが典型的である。所望であれば、流体の
流体噴出口への流れを一様にするのを補助するため、流
体流入口を、一以上の方向に長くすることができる。便
宜上、単一のほぼ円形の入口チャンバーに関して、本発
明を以下に説明する。流入口は、一以上の溝を介して、
流体を流体噴出口に供給する。先に述べたように、これ
らの溝は、エッチング、彫刻することによって又は適当
な流路を第一の部材の面に、例えば第一及び第二の部材
の間の界面に、これらの部材の向かい合う面に凹みを形
成するよう、細いワイヤ又は入手可能な材料のフィラメ
ントを挿入し、次いで、ワイヤ又はフィラメントを取り
去って又は焼き取って流路及び噴出口を形成することに
よって形成される。流路は、一般に流路の幅全体にわた
って一様な材料の除去によって形成されるので、ほぼ方
形の断面を有しているのが典型的である。

【００１６】先に述べたように、流路は、流体噴出口の
孔よりも狭い一以上の部分を有し、ＰＣＴ出願第ＧＢ９
１／０２１４７号に記載の細孔通路と同様な態様で、そ
れらの部分がフィルターとして作用し、流体噴出口を閉
塞することのある固体粒子が噴出口に到達するのを防止
するのが好ましい。流路の斯かる細孔部分は、流体噴出
口の断面寸法の１０〜８０％の断面寸法を有しているの
が好ましい。更に、流路の細孔部分は、流路のその部分
を通過する流体の流れに少なくとも0.５バールの圧力低
下を生じさせ、ノズル組立体を通過する流体の流れを発
生させるのに用いられる任意のポンプ機構が引っ込む間
に、狭い孔部分が流路から流体を引き戻すのを阻止する
のが好ましい。圧力低下は、ノズルから流れ発生装置へ
の流体及び空気の逆流を防止するのに必要な最小限であ
り、しかも、流路及び流体噴出口を通る加圧流体の自由
な流れに悪影響を与えないことが好ましい。最適な流れ
の制限は、あらゆる所定の場合に関し、容易に決定する
ことができるが、１〜３バール以上の圧力低下を行なう
のが通常である。

【００１７】流路は、流体噴出口と直接連通していても
よいが、流路の狭い孔部分は、流体流入口と、流体噴出
口に流体を供給する充気チャンバーとの間に配置される
のが好ましい。斯かる充気チャンバーは、一つを越える
噴出口を用いる場合、例えば、二つの噴出口を用いて互
いに衝突する流体の二つの噴流を形成する場合に、流体
の流れの一様な配分を助ける。充気チャンバーは、例え
ば、流体の流れに渦を発生させるための湾曲部又は他の
壁形態を取り入れることにより、流体が噴出口へと流れ
る際に流体に二次流れを形成するのを助けるような形態
になっていてもよい。本ノズル組立体には、噴射ガスの
膨張によって流体を容器から流出させる加圧ガス又はエ
アゾール式のディスペンサー等の広範な流体の流れ発生
装置に関する用途がある。しかしながら、本ノズル組立
体は、手動ポンプ機構によって生じた流体の流れから噴
霧を形成し、それにより噴射ガスの使用を回避すること
に、独特の応用性のあるものである。ポンプ機構は、Ｐ
ＣＴ出願第ＧＢ91／００４３３号に記載の種類のもので
よい。ノズル組立体は、任意の適当な手段、例えば、ネ
ジ、差し込み、押込み取付要素又は他の取付要素によっ
てポンプの圧力チャンバーからの流出口に取り付けら
れ、バネ又は他のエネルギー源が開放されて圧力チャン
バー内の圧力が上昇した時に、計量された投与量の流体
を受ける。他の形態の流体の流れ発生装置も、それらの
装置が、流体噴出口を通じて流体を所望の質量中央値液
滴サイズの噴霧として排出するのに要する圧力上昇を得
ることができるのであれば、用いることができる。

【００１８】先に示したように、流体流入口は、第一の
部材の厚みを貫いて延び、流体の流れ発生装置と連通し
ていてもよいが、流路、流体流入口、充気チャンバー及
び流体噴出口は、全て第一の部材の一方の面に形成され
ている。斯かる設計は、本発明に要求される非常に精細
な特徴を形成するよう正確に制御することのできるエッ
チング又は彫刻技術によって第一の部材の表面の要求さ
れる領域から必要な材料を選択的に除去することにより
製造するのに向いている。斯かる技術は、インクジェッ
ト式プリンターヘッドの製造における流路及びノズル噴
出口の形成に用いられ、公知であり（例えば、米国特許
第４９１５７１８号及びヨーロッパ特許出願第０３９７
４４１号参照）、一般に、マスクをフォトレジスト又は
化学的にエッチングのできる材料に付すことと、材料を
増感し、適当なエッチング材料を作用させることによっ
て要求される領域の材料を除去することを含んでいる。
その他、レーザーを用いて材料を焼き取ることにより、
又は部材と電極との間にアークを点弧することにより、
流路を形成することができる。第一の部材の表面に特徴
を形成するための他の方法、例えば、シリコン、セラミ
ック又は金属プレートのフライス削り又は細かい彫刻を
用いてもよい。

【００１９】斯かる技術は、第一の部材の表面の正確に
規定された選択領域から正確に制御された量の材料を除
去して、無理なく、任意の所望形状の流路、流体噴出口
又は他の特徴を形成するのに用いることができる。斯か
る技術は、平面状の表面に対して特に好適であり、よっ
て、特徴を形成する第一の部材の表面は、ほぼ平坦であ
ることが好ましい。しかしながら、それらの技術は、湾
曲した又は凹凸のある表面にも適用することができるた
め、所望であれば、第一の部材の表面は、平坦である必
要はない。そのため、本発明に用いるためのノズル組立
体は、斯かる技術に従来使用されている広範な材料、例
えば、フォトレジストプラスチック、シリコン、セラミ
ック、金属等から、斯かる技術によって製造するのに向
いている。斯かる材料は、かなりの精度で製造すること
ができ、しばしば、支持枠構造又は他の構造体の必要な
しに、ノズル組立体に負荷される激しい圧力上昇に起因
する応力に耐えるのに充分な強さがある。更に、ほぼ平
坦な部材であれば、第一、第二及び第三の部材を、容易
に、互いに封止係合状態に固定することができる。その
ため、金属、シリコン又はセラミックプレートを、圧接
により、又は適当な金属、例えば金、のインターフェイ
スが部材の向かい合う面の間に配置され結合が熱及び圧
力をかけることによって生じる拡散結合により容易に、
互いに結合することができる。斯かる拡散結合は、第一
の部材の面における流路及び他の特徴の形状の歪がほと
んど生じないため、ひとたび形成した特徴の精度が保た
れるという利点を有する。

【００２０】或いは、ノズル組立体の第一の部材及び第
二の部材を、接着剤、従来の超音波又は他の溶接技術の
使用により、或いはそれらの構成要素を一緒に機械的に
緊締することにより、所定の位置に固定することができ
る。所望であれば、封止リング又はガスケットを向かい
合う面の間に配置し、流体の密封を確実なものとするこ
とができる。しかしながら、部材の面がほぼ平坦な場合
には、これは通常必要でなく、向かい合う面の間の接着
剤又は金属拡散インターフェイスが充分な封止を保証す
る。所望であれば、組み立てたノズル組立体を、支持ハ
ウジング等の内部に配置し、本願出願人のＰＣＴ出願第
ＧＢ９１／００４３３号の装置によって生じる高圧に耐
えるよう、組立体に必要な強度を付与することができ
る。

【００２１】特に、本発明によるノズル組立体は、以下
の工程：・一バッチのベースプレートを溝を付して構造化する工
程；・ベースプレートとカバープレートを接合する工程；及
び・個々のノズル組立体を分離する工程；により製造されるのが好ましい。溝付仕上品は、並行製
造法で大きな表面積にわたって複数のノズル組立体に関
して同時に製造し、次いでベース及びカバープレートを
一工程（即ち、バッチ法）で接合するのが好ましい。し
かる後、複合構造体を、個々のタイル又はチップに分割
し、ノズル組立体の流入開口及び噴出開口が開けられ
る。この種の製造法には、特別の利点がある。バッチ式
製造法は、何よりも先ず、連続式加工法を用いるとはる
かに大きな支出を費やしてはじめて製造することのでき
る個々の構成要素部品を、特に安価に製造することを可
能にするものである。バッチ式製造法は、第二に、同じ
加工条件下で繰り返して再生産することのできる全ての
部品に関し、特定の一定した品質を保証するものであ
り、加工工具の摩耗に起因して連続式加工法における場
合においては受けるであろうような、徐々の変化を受け
ることがないという品質を保証するものである。

【００２２】更に、本方法における部品の位置及び設置
は、同様に全体の設計によって決定されるため、時間の
かかる仕分け又は加工機械によって変更する必要がな
い。そのため、本発明は、新しく非常に有効なノズル組
立体、及び多数のこれらのノズル組立体を製造するのに
使用することができるため、それらのノズル組立体は一
定した高品質のものである方法に関するものである。加
えて、フィルター、場合によっては多段フィルターを、
ノズル組立体に一体的に組み込むことができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明にしたがって用いることのできる
材料及び方法は、多くの利点：・高い機械的安定性、・化学的影響（例えば、水性薬剤溶液、酸）に対する高
度の抵抗性、・溝の表面の凹凸が少ないこと、・より大きな圧力及び温度差の影響が少ないこと、・より低い圧力の流体で充たされたノズル部材の弁機
能、によって秀でたノズルを製造するものである。本発明に
係るノズル組立体は、サイズを非常に小さくすることが
できるため、無駄な容積が非常に少なく、したがって、
ノズル部材を治療分野（吸入エアゾールの製造）で用い
る場合には、無駄な容積は、拡散させる流体の量のほん
の少ない部分を占めるにすぎない。

【００２４】驚くべきことに、浅い溝を付与すること
は、小さな流れ断面が境界層に関する問題を招きやすい
にもかかわらず、流体の搬送に関して問題がないという
結果を生じさせる。そのため、本発明のノズル組立体
は、構成要素の費用及び時間のかかる機械加工を必要と
せず、構成要素を高精度で再生産可能にすることがで
き、容易に組み立ててノズル組立体を形成することので
きる単純化した設計を提供するものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明を、添付図面を参照して、
多くの例示の実施態様に関して、単なる例示として、以
下により詳細に説明する。図１は、本発明に係るノズル
組立体１０を斜め上方から見た時の模式分解概略斜視図
である。図１は、ベースプレート１１及びカバープレー
ト１２を示しており、カバープレートは、説明の目的
で、ベースプレートから持ち上げられている。使用にあ
っては、カバーがベースプレート１１に取り付けられた
状態で、流体が、圧力下に、ノズル組立体１０の取入れ
口側１６にあるフィルター１３を通過する。フィルター
は、互いに平行な多数の狭い溝１７からなり、フィルタ
ーの各溝１７の断面積は、ノズル噴出口１４の断面積よ
りも小さくなくてはならない。フィルター１３から、流
体は、圧力下、流路１５に進入し、流路からノズル噴出
口１４を経て噴出される。

【００２６】図１Ａは、溝付プレート１１の別態様を示
しており、この態様では、ノズル１４′は曲っており、
図１に示すような互いに対して鈍角に延びる２本の流路
１５の代わりに、一連の平行な流路１５′が設けられて
いる。図２は、本発明の他の実施態様に係るノズル組立
体２０を示している。この図は、溝付プレート２１を上
方から眺めたところを示しており、このプレートでは、
取入れ口側１６から眺めると、溝２７を有する粗い方の
フィルター２３に細かい方のフィルター２８が続いてい
る。このフィルター２８は、より大きな尺度の切り出し
断面図で図２Ａに示されている。フィルター２８は、流
路２５を介してノズル噴出口２４と連通している。フィ
ルター２８と直交するように方向付けされて流路３５間
に配置された複数（図３では５つ）の島状の直角部（ri
ghtangle)が、カバープレート（図示せず）を支持し、
カバープレートの溝付プレート２１への連結を補強して
いる。

【００２７】図１及び図２のような単一のノズル噴出口
の場合には、ノズル４が流れの方向に短かければ、より
好ましい液滴スペクトルが得られることが分っている。
二つのノズル噴出口（例えば、図３を参照）が備わって
いる場合には、流体の噴流が衝突して、噴流は非常に細
かい液滴に分割されるため、一般的に、より長い（例え
ば、円錐状の又は先細りの）ノズルは方向性がよく高速
の噴流を形成し、好適な噴霧結果をもたらす。図３のノ
ズル組立体３６において、二段フィルター３７、３８及
び５本の流路３５が、図２及び図２Ａに示す実施態様の
フィルター２７、２８及び流路２５に対応する。しかし
ながら、図２によるノズル噴出口２４は、この実施態様
では、二つのノズル噴出口３９ａ及び３９ｂに置き換え
られている。図３Ｂの拡大図から分るように、二つのノ
ズル噴出口３９ａ及び３９ｂは、互いに関して９０度の
角度で二つの噴流を送る。噴流の衝突により、特に好ま
しい噴霧が得られる。二つのノズル噴出口は、種々の態
様で変更することができる。そのため、双方の噴流を、
所望であれば、より鋭角又はより鈍角（約２０度〜１６
０度、好ましくは、６０度〜１５０度、より好ましく
は、９０度〜１２０度）で互いに向けて方向付けするこ
とができる。加えて、ノズル噴出口の断面は、別のもの
に変更することができる。例えば、図３の噴出口３９
ａ、３９ｂのきつい先細りは、省くことができる。図３
Ｂに示すように、噴流は、ノズル噴出口からわずかに離
れて衝突することが望ましい。方向付けの偏りが少ない
方が、噴流相互のより完全な衝突をもたらす。流路プレ
ートを長期にわたって使用することによって、縁部を破
壊させてフィルター又はノズルを閉塞させるおそれがあ
る場合には、構造体の縁部を面取りするのがよい。

【００２８】図４、図５、図６及び図７は、二つのノズ
ル噴出口の別の形態の平面図を示している。これらの図
面各々は、ノズル組立体の一プレートのノズル噴出口領
域のみを示している。説明の目的で、フィルター構成及
びフィルター構成からの流体を通すための流路が、図４
〜図７には示されていない。フィルター構成及び流路
は、図１又は図２及び図３に示すように、或いは他の適
当な態様に構成することができる。陰影を付した領域
は、溝付プレート２１の高くなった部分を表わし、陰影
を付していない部分は、溝を切った又は凹みをつけた領
域を表わしている。図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ及び図７Ａ
は、それぞれ図４、図５、図６及び図７に示す溝付プレ
ート３１４、３１５、３１６及び３１７のノズル噴出口
領域の拡大図を示している。図４／４Ａ、図５／５Ａ、
図６／６Ａ及び図７／７Ａに示す寸法は、ミリメートル
単位である。溝を切った（即ち、陰影を付していない）
部分の高さは、それらの図面の陰影を付した領域の高さ
より０．００５mm低い。

【００２９】図４Ａでは、各ノズル噴出口部分は、０．
０４mmの長さ及び０．００８mmの一定した幅を有してい
る。先に述べたように、ノズル噴出口の深さは、０．０
０５mmである。中央の島部３９１は、０．１１２２mmの
半径を有している。ノズル噴出口は、流体の噴流が、互
いに関して９０度でノズル噴出口を出て、ノズル組立体
の噴出口面３９８から０．０２５mmで衝突するよう構成
されている。図５Ａでは、ノズル噴出口は、０．０８mm
の長さ、０．００８mmの一定の幅、及び、先のような、
０．００５mmの幅を有するように示されている。ノズル
噴出口は、流体の噴流が、互いに関して９０度で出て、
ノズル組立体の噴出口面３９８から0.００２５mmで衝突
するような形態になっている。図６Ａでは、ノズルは、
図５Ａのものと同様の形態を有している。しかしなが
ら、図６Ａでは、島部３９２は、島部３９１とは異なる
形態になっている。島部３９１の内面、更に外壁領域３
９３の内面は、０．２mmの曲率の凹の半径を有する形態
になっていることが分る。

【００３０】図７Ａに示す構成では、外壁及び島部は、
図６Ａに示すものと同様の形態になっている。更に、ノ
ズル噴出口が、わずかにテーパー付になっており、内端
において０．００７mmの幅及び外端において０．００８
mmの幅を有する構成になっていることを除いて、ノズル
噴出口全体の形態は、図６Ａのものと同様である。この
形態は、万一粒子が図２及び図３に示すフィルターを通
過してノズル噴出口部分３９７ａ／３９７ｂに到着し、
進入した場合に、ノズルを通じて斯かる粒子の除去を容
易にすることを意図するものである。図８は、６個のノ
ズル噴出口９ａ〜９ｆが、それらから発射される噴流が
一点でぶつかるように方向付けされた本発明に係るノズ
ル組立体のノズル噴出口領域を示している。この構成
は、ノズルのうちの一つが閉塞された場合でも、他の噴
流が衝突しないという状況を回避することができる。図
９では、外側に向かって広がるノズル噴出口４５の口４
４に、噴流の層流を破壊しまた液滴の寸法を均一化する
ための衝撃要素４３が設けられている。同様に、図１０
では、噴出する流体のより大きな渦の形成を促進する渦
発生構造体４６が、ノズル噴出口内に備わっている。図
１１Ａ〜図１１Ｃも、ノズル噴出口の領域におけるノズ
ル組立体の断面を示しており、これらの図には、４８
ａ、４８ｂ及び４８ｃにノズル噴出口に関する種々の幾
何学的形状が示されている。

【００３１】噴霧を改善するため、ノズル噴出口が、更
に幾分か長くなっており、水流ポンプの場合のように、
空気が流体の噴流に送り込まれるよう、単数又は複数の
空気流路が開口した厚みの少ない領域を備えた態様に設
計するのがよい。ノズル噴出口（又は複数の噴出口）の
最も狭い断面の面積が約２５〜５００μm²である場合
に、好ましい液滴、即ち好ましい粒子サイズ、が得られ
るのが典型的であることが分っている。ベースプレート
の溝の深さが、例えば、５μm である場合には、ノズル
を匹敵する幅に維持することができ、ノズルの深さ／幅
（width-/breadth）の比は、約１：１〜１：２０が典型
的である。このような範囲外の関係も可能である。当業
者は、必要であれば、表面張力及び粘度等の噴霧する流
体の特性もある程度関連があるため、試験を実施するこ
とにより、適当なノズル噴出口の寸法を最適化すること
ができる。噴霧する流体の特性は、その流体が、水性の
流体ではなく、本発明の装置が、専らというわけではな
いが、主として意図する種類のものである有機溶剤又は
油を含む流体である場合に、特に考慮する必要がある。

【００３２】たとえ長期にわたる使用でも、フィルター
の閉塞の可能性を排除するため、フィルター（６）を、
ジグザグな雷紋状又は弧状の形態のものであるように設
計することもできる。このようにして、より多数の（一
定サイズの）通路が形成される。加えて、所望であれ
ば、一段又は二段フィルターの代りに、三段フィルター
が、より狭い通路をそれぞれ備えていることも可能であ
る。しかしながら、何れの場合にも、フィルターシステ
ムにおける圧力の減少にもかかわらず、ノズルにおいて
十分に高い圧力が確実に得られなくてはならない。ノズ
ル噴出口の断面形状又はノズル噴出口の断面積の合計
は、別の限度内で変化させることができる。所定の圧力
で、液滴スペクトルが損われることなしに、スリットの
はいったノズル噴出口の断面積を、角形又は丸形のノズ
ル噴出口の断面積よりもかなり大きくすることができ
る。ノズル噴出口の断面積、即ち、断面積の合計は、通
常５〜２０００μm²、好ましくは２０〜１０００μm²、
特に好ましくは２５〜５００μm²である。これは、二以
上の平行に方向付けされたノズル噴出口が備わっている
場合にも当てはまる。

【００３３】更に、特に非常に狭い又は非常に偏平なノ
ズル開口の場合において、表面エッジ効果（surface ed
ge effects）が大きな役割を果たす場合には、当業者
は、ノズル噴出口の構成の決定及びノズル噴出口の寸法
の選択において、液圧面積（hydrauric cross-section)
に関する物理学の知識を考慮に入れる必要がある。図１
２は、本発明に係る他のノズル組立体の一部の模式図で
ある。図１２は、流路が形成されたベースプレート５０
の平面図を示している。流入口５２が、ベースプレート
５０の平面に対して垂直に延び、チャンバー５４に開口
している。チャンバーは、一以上のフィルターステージ
５６を介して二つのノズル噴出口５８ａ及び５８ｂと連
絡している。垂直に延びる開口を備えることが、ノズル
及び／又はノズル組立体のコンパクトな構成を可能にし
ている。

【００３４】図１３は、図１２と同様に結合面に垂直に
配置された流入口を有するノズル組立体６０の実施態様
を示している。図１３のノズル組立体では、第一のプレ
ート部材６１が、プレートの一縁に出る第一の２本の流
路の組を、その上面に有している。その結果としてプレ
ートの一縁に形成された孔は、二つの流体噴出口を形成
し、この流体噴出口は、この実施例では、流体を供給し
た時に、互いに約１００〜１２０度の角度をなす流体の
二つの衝突する噴流を形成する。プレート６１の前記縁
は、ノズル組立体の前面に凹みを与え、この凹み内で、
流体の二つの噴流が衝突して液滴の噴霧を形成すること
ができるよう、この箇所において切れ込みがついている
のが好ましい。凹み６２がプレート６１の縁と交差する
凹みの口部のリップは、鋭く形成されており、丸みがつ
いていない。プレート６１の上面は、更に、第二の流路
６３の組を有しており、これらの流路６３は、第一の流
路６２よりも断面寸法の小さいものである。これらの流
路６３は、プレート６１を切り抜いた流体入口６４と第
一の流路６２の組とをつなぐ狭い孔として作用し、そう
でなければ第一の流路及び流体噴出口を閉塞することの
ある固体粒子を瀘取する役割をする。第二の流路６３
は、第二の流路を隔てて、流れ発生装置から加えられた
圧力の約１０％、例えば、０．２〜２５バール（ｂａ
ｒ）の圧力低下をもたらすため、第一の流路６２の各々
の断面積の約１０％以下の断面積を各々有しているのが
典型的である。第二の流路６３は、第一の流路の対応す
る寸法の約５０％の少なくとも一つの断面寸法を有する
のが典型的である。流路は、第一のプレート部材の表面
から一様な深さの材料を除去することにより形成される
のが通常であるため、流路は、一定の深さを有するのが
典型的であり、流路の寸法又は面積の変化は、流路の幅
を変化させることによって得られる。

【００３５】第二の流路６３の組は、プレート６１の上
面に切り込んだ充気チャンバー６５に出る。所望であれ
ば、チャンバー６５は、プレート６１の厚さを切り抜い
たものにすることもできるが、図示のように、プレート
６１の厚さの範囲内でチャンバー６５を形成することが
好ましい。チャンバー６５は、第一の流路６２がチャン
バー６５の反対側の角から出て、プレート６１の表面の
材料の隔壁６６を流路６２の間に保持し、チャンバー６
５内の流体の流れの方向の変化を助け、流れを第一の流
路６２内に向けるような形態になっていることが好まし
い。第二のプレート部材７０が、第一のプレート部材６
１の上方にあるが、第一のプレート部材６１から取り外
した状態で示されている。この第二のプレート７０をプ
レート６１の上面に固定すると、第二のプレートは、流
路６２及び６３に上面を提供するため、それらの流路
は、ノズル噴出口６２及びフィルター孔６３を形成する
二群の溝を形成する。

【００３６】更に、第三のプレート部材８０が、プレー
ト６１から取り外され、プレート６１の下方にある状態
で示されている。プレート８０は、流体入口の差し口８
１を有しており、この差し口により、ノズル組立体を、
ポンプ又は他の流体流発生装置（図示せず）の流出口に
取り付けることができる。差し口８１は、プレート６１
の流入口６４と位置の合った内孔８２を有しており、先
に示したように流れ発生装置のポンプ機構の一部を形成
することができる。差し口８０の外側は、ネジ山又は他
の手段（図示せず）を有しているのがよく、それによ
り、差し口は、ポンプ又は他の流れ発生装置に固定され
る。プレート６１、７０及び８０は、任意の適当な材
料、例えば、フォトレジストガラス、セラミック又はプ
ラスチック或いは金属から形成することができ、プレー
ト６１の特徴は、従来の化学的エッチング方法によって
所望の位置においてプレート６１から材料を除去するこ
とにより形成することができる。その他、これらの特徴
は、レーザーを用いた材料の除去によっても形成するこ
とができる。これらの特徴は、ほぼ平坦な部材の外面に
形成するので、構成要素又は副構成要素の組立体の複雑
な機械加工の必要がない。

【００３７】これらのプレートは、互いに対向するほぼ
平坦な面を提供するので、任意の適当な技術、例えば、
超音波溶接により、接着により、又は所定の位置にクリ
ンプされる金属包囲要素を用いてそれらを一緒に締付る
ことにより、互いに結合又は固定することができる。作
動にあっては、加圧流体が、差し口８１の孔８２に送ら
れ、そこから、流体は、プレート６１の入口チャンバー
６４を通り、フィルター流路６３を通って充気チャンバ
ー６５へと流れ、そこから、ノズル流路６２へと流れ
る。流体は、互いに衝突して細かい液滴の噴霧を形成す
る流体の噴流として２本のノズル流路から出る。少なく
とも４０バールの圧力の流体を、約１０μm の平均直径
を有するノズル流路に送ることにより、１０μm 未満の
平均液滴サイズの液滴が生じた。

【００３８】ノズル組立体は、同程度の許容度で繰返し
て製造することができ、ノズル組立体のサンプルが、同
様の液滴サイズの噴霧を繰返して提供することができ
た。したがって、更に別の特徴によれば、本発明を適用
することにより、ａ．第一のプレートであって、１：一端がプレートの境界に位置する第一の流路の組、
及び２：前記第一の組と等しい又はそれよりも小さいサイズ
の第二の流路の組、が形成された第一のプレートと、ｂ．第二のプレートであって、前記第二のプレートの表
面が、前記第一のプレートの第一の流路の組と協働して
第一の一連の流体出口を形成し、前記第一のプレートの
前記第二の流路の組と協働して前記流体出口と等しい又
はそれよりも小さい断面サイズを有する第二の流体溝の
組を形成し、それにより、流体が、前記第二の流路の組
を通過する時に、第二の流路がフィルターとして作用
し、噴霧形成流体噴出口として作用する第一の流路の組
を保護するよう、前記第一のプレートと封止係合する第
二のプレートと、ｃ．前記二組の流路を連絡するための手段とを、備える
ことを特徴とするノズル及びフィルター組立体を提供す
ることができる。ノズル組立体は、第一の流路の組に流
体を供給するための手段に連結されていることが好まし
い。

【００３９】図１４〜図１９に示す別態様のプレート６
１では、流体の二つの噴流が衝突する必要なしに、流体
が、噴出口から噴霧として噴出するよう、流路６２の噴
出口が変更されている。そのため、図１４では、流路６
２の噴出口７４は、流体が流路６２を出る際に、二次流
れを誘発するよう、曲ったベンドとして形成されてい
る。約５μm の質量中央値液滴サイズの液滴の噴霧を得
るためには、流路６２の流体噴出口は、断面積が２〜１
５μ平方、好ましくは３〜８μ平方である。図１５に示
す別態様では、フラップ８５が流路６２の口部に形成さ
れ、プレート６１の縁は、フラップの下流側の領域８６
が切り取られている。図１６に示す別態様では、流路６
２には、４〜３０μm の間隙９３を有するナイフ刃状入
口９１が備わっており、流路６２は、そのナイフ刃状入
口から、６０〜１５０度、好ましくは９０〜１２０度の
挟角９４で広がっている。

【００４０】図１７に示す変更態様では、ナイフ刃状部
１０１は、プレート６１の縁における流路６２の出口に
形成されており、プレートの縁と充気チャンバー６５と
の間には、充分な壁厚が保たれ、ナイフ刃状部の剛性及
び強度を確保している。図１８に示す別態様では、流路
２の側壁は、半径方向に凹みが切ってあり、流路を通る
流体の流れ内に一連の突起１１１、１１２をもたらし、
これらの突起は、流体が流路の口部１１３を通過する際
に、流体に二次流れを誘発する。５〜２０μm の最大口
部断面寸法を有する流路に関しては、突起５１、５２
は、３〜８μm が典型的である。図１９に示す図１３の
装置の変更態様では、充気チャンバー内に、このチャン
バーの壁から離れた隔壁１２０が形成されて二つの通路
１２１及び１２２をもたらし、これらの通路は、単一の
噴出口流路６２に出る渦チャンバー１２３内に二つの衝
突する流体の流れを形成して二次流れをもたらし、流体
が流路６２の口部１２４を出る際に噴霧を形成する。

【００４１】先に示したように、第一のプレートに形成
される流路の深さ及び幅は、ノズル組立体の用途による
ものである。例えば、ノズル組立体を、ヘアスプレーを
噴霧するのに用いる場合には、流体噴出口流路の総断面
積は、１５００平方ミクロンが典型的である。単一の流
路を用いる場合には、この流路は、深さ４０μm、幅４
０μm が典型的である。斯かるノズル組立体を用いて、
４０μm の質量平均直径が典型的である所要の粒子サイ
ズを得るためには、３０〜１５０バールの圧力の流体を
用いる。ノズル組立体を、吸入による投与のため、肺付
着薬（lung deposited drugs）を噴霧するのに用いる場
合には、噴出口流路（例えば、６２）の総断面積は、３
０〜２００平方ミクロンが典型的である。単一の噴出口
流路（例えば、６２）を用いる場合には、この流路は、
深さ１０μm、幅１０μm が典型的である。６μm未満の
質量中央値液滴サイズを有する噴霧を得るのに要する作
動圧力は、１００〜４００バールである。

【００４２】本発明のノズル組立体は、簡単で長期の使
用に耐える（rugged）装置が必要な他の用途、例えば、
内燃機関の燃料噴射装置にも用いることができ、この装
置では、一つのプレート組立体に形成された、又は複数
のプレート組立体を用いる一群の噴射ノズルを用いるの
が典型的である。本発明の実施態様に係る溝を付したベ
ースプレートと構造化していないカバープレートを備え
たノズル組立体の製造方法を説明する。説明する方法
は、ベースプレートの代りに又はベースプレートに加え
てカバープレートを構造化するノズル組立体及び／又は
中間プレートを構造化するノズル組立体を製造するた
め、容易に変更できることが認識されよう。特に、説明
する発明では、ノズル組立体は、以下の工程：・一バッチのベースプレートを溝を付して構造化する工
程；・前記バッチのベースプレートとカバープレートを互い
に接合する工程；及び・個々のノズル組立体を分離する工程；を用いて製造さ
れる。

【００４３】ベースプレートは、イオン補充反応性乾式
エッチング技術（ion-supplementedreactive dry etchi
ng technique)と共に、光学リソグラフ技術(light opti
callithograhic technique)を用いるそれ自体は公知の
方法で構造化することが好ましい。構造の高さは、２〜
４０μm 、通常は約３〜２０μm 、好ましくは、約４〜
１４μm 、特に好ましくは、５〜７μm である。ベース
プレートに用いる材料は、単結晶シリコン（mono-cryst
alline silicon）が好ましい。単結晶シリコンは、安価
であり、充分に平坦で平行で表面の凹凸が少ないもので
ある状態で（即ち、ウェファーで）入手可能であり、後
続の接合過程の間、接着剤又は他の材料を追加して塗付
することなしに、カバープレートに接合することができ
るからである。複数のノズル組立体を、同時に製造する
ためには、一つのシリコンのウェファーに、複数の構造
ベースプレートが形成される。

【００４４】シリコン以外の材料が、構造化を受けるこ
とができ、これらも、後続の接合過程で、カバープレー
トにしっかりと接合できることが認められよう。斯かる
材料には、ヒ化ガリウム又はアルミニウム若しくはニッ
ケル−コバルト合金等の金属があり、これらは、例え
ば、同様にガラスプレートに適当に接合することができ
る。シリコンの薄層を、構造化するウェファーＷ（図２
０Ａ）の表面上で熱酸化する。この酸化層は、後に、仕
上の溝をエッチングする際に、マスクとして作用する。
次いで、遠心過程において、感光性プラスチック層Ｌ２
を、層Ｌ１を覆うように付し、固化させる（図２０
Ｂ）。次いで、溝構造を、光を用いてマスクＭとの密着
プリントにより、１：１の尺度で、プラスチック層に転
写し、プラスチック層において現像する（図２０Ｃ）。
手順の次の工程では、プラスチック構造は、酸化シリコ
ン層を構造化するためのマスクとして作用する。構造化
は、イオンビームを用いた反応性のエッチングによって
行なわれる。酸化層の構造化の間に、プラスチック材料
は、完全に除去される（図２０Ｄ）。

【００４５】このようにして構造化された酸化層は、次
いで、シリコンに深さが５〜７μmであるのがよい溝を
エッチングするためのマスクとして作用する。このエッ
チングを行なう時に、酸化層も、ゆっくりと除去される
（図２０Ｅ）。構造化過程の最後には、Ｕ字形又は長方
形の箱形の溝が、シリコンプレートに形成されるが、こ
れらの溝は、平面図では、如何なる幾何学的表面形状の
ものにもすることができる。ベースプレートの構造化に
関し、他のエッチング方法を用いて多くの変更態様を達
成し、さまざまな開口断面のノズルを有する最終製品を
もたらすことに帰着する他の形状の溝をもたらすことが
できる。そのため、例えば、適当な態様でオーバーエッ
チング（over-etching) 又はアンダーエッチング（unde
r-etching)によって、台形の溝を形成することができ
る。これらのエッチングを施した形態は、等方性乾式エ
ッチング法及び等方性湿式エッチング法の何れによって
も形成することができる。異方性に作用するエッチング
法（反応性イオンプラズマを用いる方法及び湿潤化学媒
体を用いる方法の何れでも）を用いる場合には、単結晶
ベースプレートのＶ字形の溝から三角形断面のノズルを
製造することができる。溝の幾何学的形状は、エッチン
グ技術と被覆技術を組み合せることによっても変化させ
ることができる。実質的に、あらゆる幾何学的形状を形
成することができる。

【００４６】構造化の後、湿式化学法によって、シリコ
ンプレートを洗浄して残りの酸化シリコンを除去する。
次いで、シリコンプレートを、陽極結合（１９６８年８
月１３日の、Pomerantz 、 D.I. 等の米国特許第3,３９
7,２７８号を参照）によってガラスプレートに接合する
（図２０Ｆ）。Pyrex 、例えば、（Corning 社、＃７７
４０）又は Tempex(Schott）等のアルカリ硼珪酸ガラス
が、シリコンとガラスの陽極結合に適している。ガラス
プレートを、構造化したシリコンプレート上に置き、電
極と接触させる。この複合構造体全体を、２００〜５０
０°Ｃ（好ましくは、約４５０°Ｃに、何故ならば、こ
の温度までは、熱膨張率が互いに近似しており、同時
に、アルカリイオンは、速やかに結合過程を行なうのに
充分な可動性があるためである）の温度に加熱し、約10
00ボルトの負の電圧を、シリコンプレートとガラスプレ
ートの間に印加する。この電圧により、正に荷電したア
ルカリイオンが、ガラスを通ってカソードへと移動し、
カソードで、それらのイオンは中和される。ガラスとシ
リコンとの間の移動の時点で、ガラスに負の空間電荷
（spacial charge) が生じ、この電荷が、二つの表面の
互いの静電引力を発生させ、しかも、ガラス表面とシリ
コン表面との間には、酸素架橋結合により、耐久性の化
学結合が形成されることになる。

【００４７】これに関連し、品質管理の理由で、ガラス
を被覆材料として用いることも、結合した接合部の有効
性、更には、この構成部品の機能障害につながる欠陥又
は異物粒子を視覚的に確認することが容易にできるた
め、特に好都合である。しかしながら、ガラス以外の被
覆材料を用いることができる。高温を負荷すると、シリ
コンをベースプレート及びカバープレートの何れにも使
用した場合には、複合材料の熱膨張率を最適化すること
ができる。接合過程を行なうため、二つのプレートに
は、例えば、蒸着法又はスパッタ法で、薄いガラスの層
が付され、これにより、結合過程を実施することができ
る。この場合には、赤外線視検装置を用いて目視検査を
行なうことができる。結合過程の後、複合構造体（図２
０Ｇ参照）を、高速回転ダイアモンド丸鋸によって、取
り入れ開口及び出口開口の開通した個々のユニット（例
えば、四角片）に分割する。出口開口において、（例え
ば、ノズル形の噴出開口の場合のように）断面積が非常
に異なる場合には、規定したノズル噴出口を得るため、
数ミクロンの精度で別の切断を位置決めしなければなら
ない。斯かる位置決めは、噴出口での外側に向かう流れ
の広がりを最小限にすることにもなる。

【００４８】分離工程の間、ノズル部材の側壁及び縁に
おける散りを回避するためには、特に高い回転速度（通
常、３００００rpm 以上）が必要である。斯かる散り
は、噴出口の幾何学的形状の断面の望ましくない変化を
生じさせることがある。それらを分割した後、ノズル組
立体を洗浄し、適当なホルダー内部に取り付ける。本発
明の例示の実施態様を、添付図面を参照して本明細書に
おいて詳細に説明したが、本発明は、それらと寸分違わ
ぬ実施態様に限定されず、請求の範囲によって定義され
る発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、当業者
によれば、種々の変化及び変更をそれらの実施態様に施
すことができることが理解されるべきである。

【００４９】例えば、本発明の種々の実施態様を、本明
細書では個別に説明しているが、種々の実施態様からの
特徴を適当に組み合せ、更に別の実施態様にできること
が認められよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のノズル組立体を示す概略斜視
図である。

【図１Ａ】図１Ａは、図１の組立体のノズル噴出口のあ
り得る変更態様を示す詳細図である。

【図２】図２は、他の態様のノズル組立体の部分を示す
概略平面図である。

【図２Ａ】図２Ａは、他の態様のノズル組立体の部分の
詳細を示す図である。

【図２Ｂ】図２Ｂは、他の態様のノズル組立体の部分の
詳細を示す図である。

【図３】図３は、二つのノズル噴出口を用いたノズル組
立体の好ましい実施態様の部分の概略平面図である。

【図３Ａ】図３Ａは、ノズル組立体の詳細に関する図で
ある。

【図３Ｂ】図３Ｂは、ノズル組立体の詳細に関する図で
ある。

【図４】図４は、ノズル組立体の二つのノズル噴出口の
具体例に関する図である。

【図４Ａ】図４Ａは、ノズル組立体の二つのノズル噴出
口の具体例に関する図である。

【図５】図５は、ノズル組立体の二つのノズル噴出口の
具体例に関する図である。

【図５Ａ】図５Ａは、ノズル組立体の二つのノズル噴出
口の具体例に関する図である。

【図６】図６は、ノズル組立体の二つのノズル噴出口の
具体例に関する図である。

【図６Ａ】図６Ａは、ノズル組立体の二つのノズル噴出
口の具体例に関する図である。

【図７】図７は、ノズル組立体の二つのノズル噴出口の
具体例に関する図である。

【図７Ａ】図７Ａは、ノズル組立体の二つのノズル噴出
口の具体例に関する図である。

【図８】図８は、複数のノズル噴出口を備えたノズル組
立体の詳細に関する図である。

【図９】図９は、衝突要素を備えたノズル噴出口を用い
たノズル組立体の詳細に関する図である。

【図１０】図１０は、ノズル組立体に用いるノズル噴出
口の別の構成に関する図である。

【図１１Ａ】図１１Ａは、ノズル組立体に用いるノズル
噴出口の別の構成に関する図である。

【図１１Ｂ】図１１Ｂは、ノズル組立体に用いるノズル
噴出口の別の構成に関する図である。

【図１１Ｃ】図１１Ｃは、ノズル組立体に用いるノズル
噴出口の別の構成に関する図である。

【図１２】図１２は、別の態様によるノズル組立体の部
分の概略平面図である。

【図１３】図１３は、ノズル組立体の更に別の態様の概
略平面図である。

【図１４】図１４は、ノズル組立体のノズル噴出口構成
の更に別の態様に関する図である。

【図１５】図１５は、ノズル組立体のノズル噴出口構成
の更に別の態様に関する図である。

【図１６】図１６は、ノズル組立体のノズル噴出口構成
の更に別の実施態様に関する図である。

【図１７】図１７は、ノズル組立体のノズル噴出口構成
の更に別の実施態様に関する図である。

【図１８】図１８は、ノズル組立体のノズル噴出口構成
の更に別の実施態様に関する図である。

【図１９】図１９は、ノズル組立体のノズル噴出口構成
の更に別の実施態様に関する図である。

【図２０】図２０は、ノズル組立体の製造における種々
の段階を示す図である。

【符号の説明】

１０ノズル組立体１１ベースプレート１２カバープレート１３フィルター１４ノズル噴出口１５流路１７溝１８取入れ口側２１溝付プレート４６渦発生構造体３１４、３１５溝付プレー３９１島部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダンスティーヴンテランスイギリスサフォークイプスウィッチショートリーチャーチウォークショートリーホール（番地なし) (72)発明者アイヒャーヨアヒムドイツ連邦共和国デー76185 カルルスルーエカイゼルアレ 117 (72)発明者フロイントベルンハルトドイツ連邦共和国デー55435 ガウアルゲスハイムカルルドムダイシュトラーセ 28 (72)発明者ハートウィリアムバーリーイギリスサフォークアイピー４３ピービーイプスウィッチハンバードゥーシーレーンセントアンドリューホール（番地なし) (72)発明者レッスモーエルマンクリストフドイツ連邦共和国デー76137 カルルスルーエヒルシュシュトラーセ 126 (56)参考文献特開昭57−182452（ＪＰ，Ａ) 特開平２−229050（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−113367（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05B 1/00 - 1/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】概ね平らな第一の面を有する第一の部材
と、概ね平らな第二の面を有する第二の部材とで構成さ
れる、複数のノズル組立体を製造するための方法であっ
て、前記ノズル組立体は、少なくとも５０バール（ｂａ
ｒ）の圧力によって流体薬剤をノズル組立体に供給する
噴霧発生装置に使用されるものであり、前記ノズル組立
体は、流体薬剤を霧化して、肺に吸入するのに適したサ
イズの液滴の噴霧を形成するように構成される方法にお
いて、概ね平らな第一の面を有する第一の部材を形成するステ
ップと、前記第二の面と協働して複数のノズル噴出口流路を形成
する複数の溝を、前記第一の面に形成するステップとを
含み、前記複数のノズル噴出口流路は、複数のノズル噴
出口を含み、かつ、流体入口と流体連通し、前記複数の
ノズル噴出口は、前記流体薬剤を霧化して微細な液滴の
噴霧を生じさせるために、ノズル噴出口が位置する前記
第一の部材の縁の面から２５マイクロメータから５００
マイクロメータの距離のところで互いに衝突する複数の
流体の噴流を放出するように構成され、前記ノズル噴出
口は、５平方マイクロメータから２５００平方マイクロ
メータの断面積を有し、前記溝は、前記流体薬剤内の固
体粒子による閉塞から前記ノズル噴出口を保護するため
のフィルターとして作用するための、前記ノズル噴出口
の孔より狭い１以上の部分を有し、この１以上の部分
は、前記流体入口と、流体を前記ノズル噴出口に供給す
るための充気チャンバーとの間に位置し、ガラスのものであって、概ね平らな第二の面を有する第
二の部材を形成するステップと、静電界の印加、接着方法、溶接、又は、陽極結合によっ
て、前記概ね平らな第一の面と概ね平らな第二の面に沿
って前記第一の部材と第二の部材を接合して複合構造体
を形成するステップと、３００００rpm 以上の回転速度をもつダイアモンド丸鋸
によって、前記複合構造体を個々の複合部分に分離して
個々のノズル組立体を形成するステップとを含み、前記
ノズル組立体の各々は、流体入口と、前記複数のノズル
噴出口と、前記流体入口と前記ノズル噴出口とを流体連
通させて連結する前記溝とを備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】概ね平らな第一の面を有する第一の部材
と、概ね平らな第二の面を有する第二の部材とで構成さ
れる、複数のノズル組立体を製造するための方法であっ
て、前記ノズル組立体は、少なくとも５０バール（ｂａ
ｒ）の圧力によって流体薬剤をノズル組立体に供給する
噴霧発生装置に使用されるものであり、前記ノズル組立
体は、流体薬剤を霧化して、肺に吸入するのに適したサ
イズの液滴の噴霧を形成するように構成される方法にお
いて、概ね平らな第一の面を有する第一の部材を形成するステ
ップを含み、前記第一の面には、複数の溝と、前記第一の面に形成され、前記第二の面と協働してノズ
ル噴出口流路を形成する出口溝が形成され、前記ノズル
噴出口流路は、流体入口と流体連通し、かつ、ノズル噴
出口を含み、更に、前記第一の面には、前記流体に二次流れを引き起
こすための手段が形成され、この二次流れを引き起こす
ための手段は、前記ノズル噴出口が、粗な規則的又は不
規則な多角形の形状を有する細孔オリフィスであるよう
な形態で、前記ノズル噴出口に配置され、前記オリフィ
スの孔のリップは粗いもの或いは鋭いものであり、前記
孔は、霧化を促進するために、外側に向いたリップでは
なくて軸方向内側に向いたリップを有し、或いは、前記
孔のフラップ又は部分的な閉塞要素を有し、或いは、前
記第一の部材の縁に位置するノズル噴出口の孔に通じる
単一の溝に乱流を形成するために、前記第一の部材の平
面領域内で交差する２つの溝を有しており、前記ノズル
噴出口が５平方マイクロメータから２５００平方マイク
ロメータの断面積を有し、更に、前記第一の面には、流体薬剤内のいかなる粒子に
よる前記ノズル噴出口流路の閉塞をも防ぐために、前記
第二の面とが一緒になって、前記流体入口と前記ノズル
噴出口流路との間に複数のフィルター流路が形成されて
おり、前記第一の面及び前記第二の面が、前記フィルタ
ー流路と前記ノズル噴出口流路との間に充気チャンバー
を設け、前記方法は、更に、ガラスのものであって、概ね平らな第二の面を有する第
二の部材を形成するステップと、静電界の印加、接着方法、溶接、又は、陽極結合によっ
て、前記概ね平らな第一の面と概ね平らな第二の面に沿
って前記第一の部材と第二の部材を接合して複合構造体
を形成するステップと、３００００rpm 以上の回転速度をもつダイアモンド丸鋸
によって、前記複合構造体を個々の複合部分に分離して
個々のノズル組立体を形成するステップとを含み、前記
ノズル組立体の各々は、流体入口と、前記複数のノズル
噴出口と、前記流体入口と前記ノズル噴出口とを流体連
通させて連結する前記溝を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項３】前記第一の部材を形成するステップが、
複数の部材を形成するために第一の部材の材料から材料
を選択的に除去するステップを含むことを特徴とする請
求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】前記材料を選択的に除去するステップ
が、前記第一の部材から材料をエッチングすることを含
むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記第一の部材を形成するステップが、
光学式平版方法及びイオン補助エッチング方法の結合に
よって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載
の方法。
【請求項６】前記第一の部材を形成するステップが、
光学式平版方法及び湿式化学エッチング方法の結合によ
って行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の
方法。
【請求項７】前記第一の部材を形成するステップが、
シリコンウエハーをエッチングすることを含むことを特
徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】前記ウエハーにシリコン酸化物層を塗布
し、前記シリコン酸化物層の上にプラスチック層に塗布
することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】前記第二の部材を形成するステップが、
ガラス板を使用して行われることを特徴とする請求項７
に記載の方法。